四旋翼无人直升机控制算法仿真比较研究.pdf

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1、第3l卷第4期计算机仿真2014年4月文章编号：1006—9348(2014)04—0078—05四旋翼无人直升机控制算法仿真比较研究段国强。，张岳军，李衍杰，朱晓蕊(1．哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150001；2．哈尔滨工业大学深圳研究生院，广东深圳518055)摘要：通过仿真技术比较研究了四旋翼无人直升机悬停及轨迹跟踪控制问题。由于无人机飞行环境复杂，受外界干扰较大，影响姿态的稳定性。采用PID控制、反演算法和积分反演算法控制四旋翼无人直升机的悬停和轨迹跟踪，对控制效果进行了仿真比较。利用Simulink建立了四旋翼无人直升机仿真平台，将

2、PID控制、反演算法和积分反演算法分别应用到仿真平台上，对四旋翼无人直升机悬停和轨迹跟踪模型进行仿真。通过仿真对比发现，在悬停方面PID控制效果要优于反演和积分反演算法，而积分反演算法在轨迹跟踪方面优于PID和反演算法。关键词：四旋翼无人机；悬停；轨迹跟踪；积分反演算法中图分类号：V249．1文献标识码：BComparativeStudyonSimulationofFour——rotorUnmannedHelicopterControlAlgorithmDUANGuo—qiang，ZhangYue—jun，LIYan—jie，ZHUXiao—rui’，(1．HarbinIn

3、stituteofTechnology，StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinHeilongjiang150001，China；2．HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool，ShenzhenGuangdong518055)ABSTRACT：Thispapermainlyachievedcomparativestudyoffour—rotorhelicopterhoverandtrajectorytrackingcontrolproblem．Theenvironment

4、ofUAViscomplicated，andisaffectedbyexternalinterferences．ThepaperusedPIDalgorithm，backsteppingalgorithmandintegralbacksteppingalgorithmtosolvethehoverandtrajectorytrackingcontrolproblem．Byanalyzingtheactualfour—rotorhelicopter，afour—rotorhelicoptersimulationplatformwases—tablishedusingMATLA

5、B／Simulinktools，andthenPIDalgorithm，backsteppingalgorithmandintegralbacksteppingalgorithmwereappliedtotheplatform．Theexperimentalresultsshowthatthesimulationplatformprovidesacompari—sonofthreecontrolalgorithms，andPIDisthebestinhovering，andintegralbacksteppingalgorithmisthebestintrajectoryt

6、racking．KEYWORDS：Quadrotor；Hover；Trajectorytracking；Integralbacksteppingalgorithm制和反演(Backstepping)控制。1引言文献[4]的结果说明：P1D控制方法虽然很好地实现了四旋翼直升机，国外又称Quadrotor_10j，在空中要产生六对四旋翼直升机在悬停时的姿态控制，但是它不能很好的控个自由度方向的运动，而它的输入量只有四个，因此，它是一制存在外界扰动时的系统。而文献[5]的结果表明：滑模控个的欠驱动的运动系统。同样它的非线性，强耦合性使制方法很好地实现了四旋翼直升机的姿态稳定控制，

7、但因其得这个多变量系统相对复杂。在过去的这些年中，为了控制控制结构的不断变化而带来的高频扰动，使得控制效果变得四旋翼直升机的姿态和位置，人们已经研究了许多不同的控较差。反演控制方法则很好的实现四旋翼直升机的姿态跟制方法。这其中最常用的控制方法是PIDl4J，LQJ，滑模控踪控制，并且具有一定的抗干扰能力。本文的主要创新在于在同一平台上，针对悬停和轨迹跟踪两类控制问题，实现了基金项目：深圳市基础计划项目(JC201104210048A)对PID算法，反演算法和积分反演算法等方法的比较研究。收稿日期：2013—07—1