四旋翼無(wú)人機(jī)飛行控制策略研究與優(yōu)化.pdf

1、四旋翼無(wú)人機(jī)廣泛應(yīng)用于航拍監(jiān)測(cè)、森林滅火、電力巡檢、治安監(jiān)控、農(nóng)業(yè)噴灑農(nóng)藥等專業(yè)領(lǐng)域，其本身涉及到機(jī)械、電子、通信、導(dǎo)航和控制理論等眾多學(xué)科相關(guān)技術(shù)，受到越來(lái)越多的高校和科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注。同時(shí)四旋翼還是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、對(duì)外界干擾敏感的非線性的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因此對(duì)于四旋翼的建模與智能控制研究非常重要。檢索文獻(xiàn)得知四旋翼的智能控制策略大多數(shù)停留在理論研究方面，在實(shí)際的四旋翼控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和飛行時(shí)，大多數(shù)采用的是經(jīng)典的PID控制策略，而智能控

2、制策略在實(shí)際飛行過(guò)程中存在著許多問(wèn)題。本文以自己搭建的四旋翼實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為主要研究對(duì)象，對(duì)四旋翼飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究與探索。
　　首先，在熟悉四旋翼的結(jié)構(gòu)及飛行原理的基礎(chǔ)上，建立了其慣性坐標(biāo)系和機(jī)體坐標(biāo)系，進(jìn)行受力分析，通過(guò)牛頓歐拉方法建立了四旋翼的非線性系統(tǒng)模型，并進(jìn)行了相應(yīng)的簡(jiǎn)化，同時(shí)給出了無(wú)刷直流電機(jī)的系統(tǒng)方程，確定了四旋翼的系統(tǒng)參數(shù)。
　　其次，針對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)線性模型中存在的強(qiáng)耦合性和欠驅(qū)動(dòng)性設(shè)計(jì)了雙環(huán)串

3、級(jí)PID控制器，以位置控制為外環(huán)，姿態(tài)控制為內(nèi)環(huán)，但是PID控制器的控制參數(shù)目前主要靠人工調(diào)整，不僅費(fèi)時(shí)，并且不能保證控制系統(tǒng)獲得最佳的控制品質(zhì)，因此又引入了粒子群優(yōu)化算法（PSO），設(shè)計(jì)了PSO-PID控制器。
　　再者，由于四旋翼無(wú)人機(jī)本身就是一個(gè)非線性系統(tǒng)，具有眾多的不確定性因素，因此有必要進(jìn)一步的對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)控制進(jìn)行分析研究。將自適應(yīng)控制、模糊控制、滑模控制和粒子群優(yōu)化算法相結(jié)合，提出基于粒子群算法優(yōu)化的自適應(yīng)模糊滑?？?/p>

4、制（PSO-AFSMC）的快速平穩(wěn)控制策略，滑?？刂颇芊浅Ｓ行У奶幚矸蔷€性系統(tǒng)，同時(shí)采用模糊推理的方法實(shí)現(xiàn)理想的控制律的有效逼近，在滿足Lyapunov穩(wěn)定性條件前提下進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析，并進(jìn)行了MATLAB仿真。仿真的結(jié)果表明，PSO-AFSMC控制策略相比于PSO-PID和AFSMC，具有更好的動(dòng)態(tài)性能和抗擾能力。
　　最后，進(jìn)行了四旋翼實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建和飛行試驗(yàn)。實(shí)際飛行試驗(yàn)結(jié)果表明：PSO-PID控制策略和PSO-