模糊自整定PID在四旋翼飞行器姿态控制中的应用.pdf

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1、2015年第6期工业仪表与自动化装置·23·模糊自整定PID在四旋翼飞行器姿态控制中的应用梁雪慧，闫粉粉，邵晓龙(1．天津理工大学自动化学院，天津300384；2．天津市环境保护科学研究院，天津300191)摘要：四旋翼飞行器的结构简单以及对飞行环境要求低的优势，使其应用极其广泛。四旋翼飞行器的姿态控制是决定飞行性能的关键，目前，应用较成熟的控制方法仍为PID控制，但是四旋翼飞行器的姿态之间存在非线性的耦合，使得控制参数整定有难度，PID控制器对其姿态的调整会出现较大的超调量，或者较长的调节时间。该文综合了模糊控制和PID控制各自优势，设计了模糊自整

2、定PID控制器，能够实现参数的自整定。仿真结果显示，所设计的控制器能够有效抑制系统超调量，提高响应速度。关键词：四旋翼飞行器；PID控制；模糊自整定PID中图分类号：TP13文献标志码：A文章编号：1000—0682(2015)06—0023—03Anapplicationofafuzzyself--tuningPIDinquadrotoraerocraftattitudecontrolLIANGXuehui，YANFenfen，SHAOXiaolong。(1．SchoolofElectricalEngineering，TianfinUniversi

3、tyofTechnology，Tianfin300384，China；2．TianjinAcademyofEnvironmentalSciences，Tianjin300191，China)Abstract：Quadrotoraerocraftintheadvantagesofsimplestructureandlowenvironmentalrequire—mentsforflying，makeitsapplicationwidely．Theattitudecontrolofaquadrotoraerocraftisthekeytoguarante

4、eitsflightperformance．AlthoughthePIDcontrolmethodremainstobeusedwildly，ittendstoappearlargesystemovershoot，orlongregulationtimebecauseofquadrotoraerocraft’Snonlinearitywhichenhancesthedificultytoadjustthecontrolparameters．Astothenonlineardynamicmodelofaquadro-tor，afuzzyself—tun

5、ingPIDcontrollerisdesigned．ThecontrollereffectivelyutilizestheadvantagesofbothfuzzycontrolandPIDcontrol，andregulatescontrolparametersinrealtime．Thesimulationresultsshowthatthecontrollercaneffectivelysuppresstheovershootandcutdowntheresponsetime．Keywords：quadrotoraerocraft；PIDco

6、ntrol；fuzzyself—tuningPID作为载弹攻击的载体；在民用领域，可用于航拍视0引言频、森林防火、地震搜救等。四旋翼飞行器有4个控无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制输入，通过4个电机的转速改变引起旋翼转速的制装置的不载人飞机。无人机可以在空中完成复杂改变，从而产生不同的升力，得到飞行器6个姿态的的飞行任务和各种负载任务。四旋翼飞行器是无人输出，是一个非线性欠驱动系统。四旋翼飞行器的机种类之一。四旋翼飞行器是将飞行设备固定在十姿态变化引起其位置的改变，姿态控制对其飞行性字交叉刚性结构上，其结构简单，能够实现悬停、垂能十分重要。直

7、起降以及在近地面的慢速飞行，在军事和民用领1四旋翼飞行器的数学模型域的应用都很广泛。军事上可用于军事侦察，亦可四旋翼飞行器的模型分析基于2个基本坐标收稿日期：2015—03—31系，地面坐标系E(OXYZ)和机体坐标系日(oxyz)，基金项目：天津市科技特派员项目(14JCTPJC00510)；天津市科如图l所示。技计划资助项目(13ZCZDGX03800)飞行器在空间有6个姿态输出，其质心沿地面作者简介：梁雪慧(1970)，女，河北省藁城市人，副教授，主要研究领域为先进控制理论。坐标移动产生3个线运动；绕机体坐标产生3个转·24·工业仪表与自动化装

8、置2015年第6期动角度，即偏航角、俯仰角、翻滚角。机体坐标系绕F4轴旋转产生偏航角，转换为中间坐标系R；然