无人机关键技术

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1、旋翼飞行器控制到底有哪些关键技术难点(1)机体优化设计问题。对于四旋翼飞行器机体设计时，主要考虑飞行器的质量、能耗及体积等因素。飞行器的质量与能耗及体积之间相互影响，因此首先需要确定飞行器机体参数，然后选择合适的直流无刷电机、螺旋桨及电池等材料。(2)难以建立精确的四旋翼飞行器模型。建立精确的飞行器模型是研究飞行器控制算法的基础和前提，但由于四旋翼飞行器是一个强耦合、多变量的非线性复杂系统，同时在飞行过程中很难获得准确的空气动力学参数，且飞行器容易受到空气阻力和风速的影响，因此很难建立精确的四旋翼飞行器模

2、型。(3)飞行器所使用的传感器采集到的姿态数据存在课差。例如：陀螺仪采集角速度时存在零漂误差和温漂误差；加速度计采集角加速度时存在振动误差和零漂误差；当飞行器处于低空飞行情况下，采用气压高度计采集高度信息存在较大的误差。这些因素都会对飞行器姿态信息和位置信息的测量产牛影响，进而影响飞行器的控制性能。(4)飞行器控制算法设计。目前针对四旋翼飞行器控制算法的研究有很多，主要有经典PID控制算法、H¥控制算法、反步法等等。飞行器算法性能主要是从响应速度、稳定性及超调量等方面进行衡量，但响应速度、稳定性及超调量这

3、三者之间相互影响、相互制约。飞行原理就不多讲了，飞行器的飞行姿态多种多样，有花式摇摆，大雁南归，飞流直下等多种方式；主体为定义机体坐标系和惯性坐标系，根据牛顿定理对四旋翼飞行器进行受力分析，采用欧拉角描述飞行器姿态并结合四旋翼飞行器运动方程，通过推导得出飞行器的非线性数学模型，控制四种基本的飞行状态，分别为垂直方向运动、横滚运动、俯仰运动、偏航运动；那么我们来讲一下飞行器的几种控制算法；1.PID的飞行控制算法由于四旋翼飞行器的角运动与线运动之间存在耦合关系，所以将四旋翼飞行器控制系统分为内环姿态控制和外

4、环位置控制，采用经典PID控制算法分别对其进行控制，最终实现四旋翼飞行器稳定飞行。PID控制器是一种线性控制器，PID控制算法在控制过程中，通过控制调节参数对误差量进行校正，使系统误差渐进稳定，实现系统稳定。主要从超调量、响应速度及鲁棒性等方面考虑，调节比例、积分和微分系数的大小，从而改善PID控制算法的控制性能。基于PTD的姿态控制：通过航姿测量系统得到飞行器飞行过程的实时姿态数据，将实时的姿态数据反馈到输入端，与设定目标姿态数据进行对比得到姿态角误差。P1D控制器不断的调节姿态角误差，实现对四旋翼飞行

5、器姿态稳定控制基于PID的位置控制：将航姿参考系统的姿态信号与位置信号反馈到输入端，构成闭环反馈系统，实现对四旋翼飞行器姿态和位置的双环控制，通过PID控制算法对姿态和位置信号的误差不断的调节，使飞行器的姿态稳定并按照设定的位置和轨迹稳定飞行。总结分析：该控制方法具有响应速度快的优点，但在控制过程中存在超调量较大、鲁棒性差的问题。2.基于PID的模糊PID的飞行控制算法模糊PID控制方法是一种非线性控制方法，与PID控制器不同的是它不需要知道被控制对象精确模型，只需要利用专家知识和相关工程师的经验设定相应

6、的输入输出规则。在控制过程屮，将系统误差转换到模糊域屮，根据误差及误差变化率的大小，通过查询设定的模糊控制表，得到对应的比例系数，积分系数及微分系数，然后进行PID控制调节。相较于传统PID控制算法，它通过将系统误差转化到模糊域，能智能地根据系统谋差的大小，选择合适的调节参数对系统谋差进行校正。总结分析：模糊PD控制算法相较于模糊PID控制算法具有响应速度较快、超调量小及鲁棒性好的优点，能够实现对四旋翼飞行器稳定控制，具有较好的控制性能。这让我想起了模糊搜索为什么比精确搜索更实用；然而他们并没有什么毛关联

7、；3.基于反步滑模的飞行控制算法反步法(Backstepping)的基本设计思路是，针对满足严格反馈结构的系统，首先将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的子系统，然后针对每个子系统分别设计李雅普诺夫(Lyapunov)函数和中间虚拟控制量。然后在下一个子系统的设计中，将上一个子系统的虚拟控制律作为这个子系统的跟踪目标，依此类推，它利用系统的结构特性，递推构造岀整个系统的Lyapunov函数。滑模变结构控制的基本原理是：基于低阶模型设计滑膜而，然后运动轨迹能够在限定时间内进入滑膜面，并且在后面时间的运动都

8、保持在该滑膜面内。滑模变结构控制能够解决因数学模型精度及外部干扰带来的影响。利用反步方法对飞行器姿态进行控制，根据Lyapunov稳定性定理证明该控制算法具有较好的鲁棒性；利用滑模变结构控制算法对四旋翼飞行器位置进行控制。将反步控制算法与滑膜控制算法相结合，实现对四旋翼飞行器进行控制。总结分析：反步滑模控制算法具有超调量小，鲁棒性好、响应速度较快的特点。四旋翼飞行器系统结构框图2.4GHz按收机I控制器模块匕亍控制器地血遥控器