四旋翼飛行器的基于PID姿態(tài)控制算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、四旋翼飛行器是一種電動(dòng)、能夠垂直起降的多旋翼式自主/遙控飛行器，擁有良好的低空飛行性能，因其眾多的優(yōu)點(diǎn)和廣泛的應(yīng)用前景使得近年來(lái)成為國(guó)際上研究的熱點(diǎn)。而在四旋翼飛行器技術(shù)當(dāng)中，姿態(tài)控制算法的設(shè)計(jì)一直是眾多研究者關(guān)心的問(wèn)題之一，在資源受限的嵌入式硬件平臺(tái)上如何設(shè)計(jì)一種兼顧控制效果和實(shí)用價(jià)值的控制算法，在滿足控制要求的條件下還可以普遍適用于嵌入式飛控平臺(tái)，這使得姿態(tài)控制算法的設(shè)計(jì)變得尤為考究。
　　本文針對(duì)四旋翼飛行器的姿態(tài)控制算法進(jìn)

2、行研究和改進(jìn)，在資源受限的嵌入式硬件平臺(tái)中姿態(tài)控制算法的設(shè)計(jì)既要考慮控制效果還要兼顧實(shí)用價(jià)值。本文綜合了PID控制器(Proportion Integration Differentiation Controller，PID)簡(jiǎn)單可靠的優(yōu)點(diǎn)，并在其基礎(chǔ)上采用串級(jí)PID的姿態(tài)控制策略，既改善控制過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，還能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動(dòng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性。該方法的實(shí)現(xiàn)包括兩部分，硬件方面設(shè)計(jì)模塊電路尤其主控和傳

3、感器硬件電路的設(shè)計(jì)，軟件方面首先要依據(jù)慣性測(cè)量單元(Inertial Measurement Unit，IMU)解算出四旋翼飛行器當(dāng)前的姿態(tài)，而后基于當(dāng)前的姿態(tài)使用串級(jí)PID姿態(tài)控制策略，最后根據(jù)不同的機(jī)型調(diào)節(jié)合適的參數(shù)進(jìn)行飛行。
　　MATLAB的仿真結(jié)果表明改進(jìn)的串級(jí)PID姿態(tài)控制算法具有良好的控制性能，系統(tǒng)超調(diào)量σ＜3％，上升時(shí)間Tr＜1s，穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間Ts＜2s，穩(wěn)態(tài)誤差＜0.1％，在方波姿態(tài)信號(hào)的輸入測(cè)試下，串級(jí)PID的