基于双回路pid控制算法的微型四旋翼设计

解振华 陆军航空兵学院 101123



基于双回路pid控制算法的微型四旋翼设计

解振华 陆军航空兵学院 101123

【文章摘要】

使用经典PID控制算法实现位置控制回路和姿态控制回路。PID算法简单可靠，理论体系完备，而且在长期的应用过程中积攒了大量的使用经验，在飞行器位置和姿态控制应用中具有良好的控制效果和较强的鲁棒性，能提供控制量的较优解。

【关键词】

微型四旋翼；动力学模型；pid控制；试验

0　引言

微型四旋翼具有良好的悬停性能，在室内等狭小空间内能够出色的完成侦查任务，具有良好的操作性能。随着对四旋翼飞行器的研究的不断深入，其控制算法也不断的优化升级。本文以两路内外环pid控制算法为基础结合自身实验，从零制作了一款可实现起飞，悬停，翻滚，偏航等复杂运动的微型四旋翼。

1飞行动力学建模

建立两个机体坐标系和惯性坐标系，用欧拉角来表示飞行器的飞行器姿态，根据受力分析（如图1），合理忽略空气阻力的影响，即可以得出如下公式

图1　飞行器受力原理图

图2　四旋翼飞行器控制算法结构图

u2=F4-F2

u3=F3-F1

u4=F2+F4-F3-F1

2　双回路PID控制算法结构分析

在动力学模型的基础上，将微型四旋翼飞行器实时控制算法分为两个控制回路，即位置控制回路和姿态控制回路。算法结构如图B-1所示。

使用经典PID控制算法实现位置控制回路和姿态控制回路。PID算法简单可靠，理论体系完备，而且在长期的应用过程中积攒了大量的使用经验，在飞行器位置和姿态控制应用中具有良好的控制效果和较强的鲁棒性，能提供控制量的较优解。……