微型四旋翼无人机模糊PID控制.pdf

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1、兵工自动化2014-06OrdnanceIndustryAutomation33(6)·58·doi:10.7690/bgzdh.2014.06.015微型四旋翼无人机模糊PID控制张静，张华，刘恒，霍建文(西南科技大学信息工程学院，四川绵阳621010)摘要：为解决微型四旋翼无人机控制系统存在的鲁棒性差和控制精度低的问题，提出一种模糊PID控制方法。建立微型四旋翼无人机系统动力学数学模型和电机模型，在系统模型的基础上设计模糊PID控制器。通过Matlab/Simulink仿真和飞行试验对所设计的模糊PID控制器的有效性

2、进行验证。仿真实验表明，该算法能提高系统的抗干扰性能和控制精度。飞行试验结果表明，模糊PID控制器可以有效地控制微型四旋翼无人机。关键词：四旋翼无人机；模糊PID控制；Matlab仿真；抗干扰性能中图分类号：TP273文献标志码：AFuzzy-PIDcontrolforMacro-QuadrotorUAVZhangJing,ZhangHua,LiuHeng,HuoJianwen(SchoolofInformationEngineering,SouthwestUniversityofScience&Technology,M

3、ianyang621010,China)Abstract:Inthispaper,afuzzy-PIDcontrolisproposedtoimprovetherobustnessandcontrolaccuracyofcontrolsystemsformicro-quadrotorunmannedaerialvehicle(UAV).Thedynamicmodelandrotormodelaremodeledandfuzzycontrollerisdesignedbasedonthecontrolsystemmodel

4、.Matlab/Simulinksimulationresultsandflytestingresultsareshowntoillustratetheeffectivenessofthedevelopedfuzzy-PIDcontrollerforrejectingdisturbance.Experimentresultshowsthatthearithmeticcanimprovedsystem’santi-interferenceperformanceandcontrolaccuracy.Flytestingres

5、ultshowsfuzzy-PIDcontrollercancontrolthequadrotorUAVeffectively.Keywords:quadrotorUAV;fuzzy-PIDcontrol;Matlabsimulation;rejectingdisturbance0引言1四旋翼无人机飞行原理微型四旋翼无人机与传统的固定翼无人机相四旋翼无人机有“+”型和“X”型2种结构。比，能够适应更复杂的飞行环境，可在狭小的空间笔者研究对象为“+”型四旋翼飞行器。4个螺旋桨内行进、倒退、原地转弯、垂直起降、横滚、超低和电

6、机对称安装在机架上。4个螺旋桨分成2组，对角线上的螺旋桨桨叶相同，相邻的螺旋桨的桨叶空飞行和悬停，动作灵活，结构简单，在抢险救灾、相反。通过改变正桨和反桨的转速，改变每个螺旋航拍测绘、管线巡检、军用侦察等方面具有广阔桨的转矩，实现飞行器的垂直升降、原地旋转、左的应用前景。由于四旋翼飞行器是典型的多变量、右横滚和前后俯仰(前进后退)，如图1所示。非线性、强耦合和欠驱动运动系统，四旋翼的建模和控制方法是当前国内外相关专家学者的研究[1-3]热点。目前常用的四旋翼无人机控制算法主要有PID、LQ、滑膜控制和反演控制等。PID、

7、LQ是2种传统的线性控制方法，虽然应用很广，但不适合(a)垂直升降[4-5]非线性的强耦合控制系统。滑模控制虽然简单且鲁棒性强，但滑模控制需要不断变换控制逻辑容易[6-9]导致控制抖振发生。笔者针对微型四旋翼无人机系统进行建模，采用模糊PID控制算法，在Matlab/Simulink平台上对系统仿真，并进行实际飞行测试，验证该算法。(b)原地旋转1收稿日期：2014-02-19；修回日期：2014-03-17基金项目：四川省科技厅科技支撑计划项目(2013GZX0152)；绵阳市科技局科技计划项目(13G003-3)；四

8、川省科技创新苗子工程项目(20132066)作者简介：张静(1988—)，男，安徽人，硕士，助教，从事机器人控制技术及嵌入系统设计研究。第6期张静等：微型四旋翼无人机模糊PID控制·59·由图2和图3可求得旋转矩：RRRRxyzcoscoscossinsincossincossins