四旋翼飞行器姿态控制系统性能优化设计

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1、第34卷第5期计算机仿真2017年5月文章编号：1006—9348(2017)05—0058-05四旋翼飞行器姿态控制系统性能优化设计李泽(辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛125100)摘要：四旋翼飞行器控制系统具有非线性、强耦合、欠驱动的特点。由于控制参数较多，系统结构相对复杂，所以需要多个控制器对系统进行控制。系统控制器的设计，是为了使飞行器能够快速稳定地到达理想位置，同时保证姿态符合预期。为了解决飞行器能够在有外界干扰的情况下，到达理想位置和保持姿态的同时，提高稳定性，提出一种模糊与滑模相结合的控制算法。用于姿态角控制器设计。实验结果表明，模糊与滑模控制相

2、结合，确实比单一的滑模控制能更好地提高系统的稳定性．增强系统的抗干扰能力。为提升四旋翼飞行器稳定性提供了一种有效的方法。关键词：四旋翼飞行器；滑模控制；模糊控制；仿真中图分类号：TP273文献标识码：BQuad——robotAircraftAttitudeControlSystemOptimizationDesignLI-Ze(ElectricalandControlEngineering，LiaoningTechnicalUniversity，HuludaoLiaonin9125100，China)ABSTRACT：Quad-robotaircraftisanon-line

3、arsystemwithclosecouplingandunder—actuated．Thesystemiscon-trolledbymanycontrollersduetomanyparameters．Thecontrollersofthequad—robotaredesignedtoreachideal10—cationquicklyandsmoothly．Anditiswantedtokeepexpectedattitude．Toimprovestabilityandachieveitsaims，afuzzycontrolalgorithmwithsliding-mod

4、econtrolispresentedundertheunknowndisturbance．Experimentalresultsshowthattheproposedalgorithmisbetterthanthetraditionalsliding——modelcontrolinstabilityandanti—-interferenceability，whichisaneffectivemethodtoimprovethestabilityofquad—robotaircraft．KEYWORDS：Quad-robotaircraft；Sliding-modecontr

5、ol；Fuzzycontrol；Simulationl引言近年来．无人机的研发和使用已经成为热门课题[1-53。其最大的特点就是不需要真人在机体内控制飞机。这不仅大大地提高了人们的自身安全，同时也降低了人工成本。由于不需要考虑飞行员的操作空间，所以可以缩小机体的体积。降低生产成本。在军事方面两。]，它可以潜伏到指定地方侦查与监视、目标识别和信息中继。在民用方面[8。9J，它可以防汛抗旱监测、边境监控调查、野生动物监测和土地资源调查等。由此可见，无人机的作用及优势。其中四旋翼飞行器不需要航道．可以直接垂直起飞、着陆，同时悬浮在空中的特点。使人们乐于投入更多的精力。在四旋翼飞行器

6、的研究过程中，出现了很多算法[】””]，如PID控制、模糊控制、滑模控制、神经网络控制等，这些算法都能使飞行器飞行稳定，但是其中也有一定的局限性。如PID控制，响应速度慢，受参数影响大；模糊控制需要专家经验以及模糊规则：神经网络控制计算需求较大；滑模控制会收稿日期：2016—06—28修回日期：2016—07—04—58一产生抖振。所以参考这些算法的优点，提出一种模糊和滑模控制相结合的算法。该方法利用滑模控制具有响应速度快，对参数和扰动不灵敏的特点，缩短了系统的上升时间，同时增强了系统的抗扰动能力，可以广泛用于鲁棒控制系统中，很适合四旋翼飞行器这种模型复杂的非线性系统。与模糊

7、控制相结合，可以具备模糊控制的优点，如不依靠被控对象的模型．依靠经验和知识逼近所需要的未知量．适合非线性系统。同时采用模糊控制对未知的滑模切换增益进行评估，能够更好的确定切换增益，与单一的滑模控制相比，在外界扰动影响下，可以减小系统抖振，增强系统的稳定性及准确性。2四旋翼控审U系统原理四旋翼飞行器的直接动力来源于四个旋翼的旋转[1“．图l是四旋翼飞行器结构图。通过图1可以得知，四个旋翼可以视对角的两个旋翼为一组，分成两组，一组顺时针旋转，另一组逆时针旋转。通过两组旋翼的转速不同，为四旋翼飞行器提供不同的