四轴飞行器控制系统优化策略仿真研究

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1、第33卷第12期计算机仿真2016年12月文章编号：1006—9348(2016)12—0020一04四轴飞行器控制系统优化策略仿真研究陈鹏展，茹岩，陈晓明(华东交通大学电气与电子工程学院，江西南昌330013)摘要：四轴飞行器控制系统的优劣决定了飞行的稳定性能。由于传统的PID控制器参数固定，存在着动态效果不佳、控制精度不高的问题，针对其具有非线性、强耦合、时变等特点，提出了一种采用变论域模糊的四轴飞行器复合控制策略，在不改变模糊控制结构和规则的前提下，根据对系统误差的大小进行分级选择合适的伸缩因子，从而实时改变模糊控制器的输入和输出论域，使控制器能够较好兼顾系统的快速

2、性与准确性的性能需求。仿真结果表明采用误差分级的变论域模糊PID控制策略能够有效的提高四轴飞行器的动态性能和控制精度，且具有较好的自适应能力和较强的抗干扰性能。关键谣：变论域；误差分级；四轴飞行器中图分类号：TP391．9文献标示码：BSimulationResearchonOptimizationStrategyofFourAxisAircraftControlSystemCHENPeng—zhan，RUYan，CHENXiao—yue(EastChinaJiaotongUniversity，NanchangJiangxi330013，China)ABSTRACT：In

3、ordertodealwiththecharacteristicsofnonlinear，strongcouplingandtime—varying，acompositefouraxisaircraftcontrolstrategybasedonvariableuniversefuzzymethodisputforward．Underthepremiseofnotchangingthestructureandrulesoffuzzycontrol，theappropriateexpansionfactorisselectedaccordingtotheclassifi·c

4、ationofthesizeofthesystemerrortochangetheinputandoutputofthefuzzycontrollerinrealtimeandmakethecontrollerCanbalancetheperformancerequirementsofthesystem’Srapidityandaccuracy．ThesimulationresultsshowthattheproposedvariableuniversefuzzyPIDcontmlstrategycaneffectivelyimprovethedynamicperform

5、anceandcontrolaccuracyoffouraxisaircraft，andalsohasgoodadaptiveabilityandstronganti—jammingperformance．KEYWORDS：Variableuniverse；Errorclassification；Fouraxisaircraft1引言四轴飞行器具有机械结构简单，成本低，维护简单方便，飞行时震动小、稳定性高等优点，近年来已成为研究热点。目前，四轴飞行器已在多个领域内得到了广泛的应用，如物流、航拍、低空侦察、军事打击、灾害现场搜索救援等⋯。目前四轴飞行器上大部分使用采用传统的

6、PID控制器，虽然PID控制器结构简单，实时性好，但是它基于精确的数学模型，由于P、I、D的参数固定，当飞行器在空中受到外部气流因素的干扰和自身状态的变化而不能及时的调整参数，基金项目：国家自然科学基金(61164011)；江西省自然科学基金(20114BAB201023)，江西省博士后科研择优资助项目(2015KYl9)收稿日期：2016一01—06修回日期：2016-01—15—20一对于时变的、非线性复杂模型控制效果不佳旧1。相比与传统的PID控制器，模糊PID控制具有不依赖被控对象精确数学模型¨1，对于非线性时变系统有良好的控制效果。但模糊控制器也存在一定局限：模

7、糊规则若一旦确定，其结构就不能在线修改，控制精度有限，对PID参数的调整过大或者过小，难以实现系统对控制精度的要求。李洪兴Ho等人提出了一种变论域模糊控制的思想能够较好解决模糊控制精度的问题，但是它是基于函数形式选择伸缩因子，实时陛效果不佳。在此基础上本文提出了一类基于误差分级选择伸缩因子的变论域模糊四轴飞行器控制策略，改进型的模糊PID控制器，在不改变模糊控制结构和控制规则前提下，使输入和输出的论域随着误差的变化而相应的收缩或膨胀，提高控制器的控制精度，以实现四轴飞行器的精确控制。2控制系统组成和数学模型2．1四轴飞行器控制