基于PID算法的四旋翼飞行控制器设计

杨 蔚，赵雪峰，李 陈，杨生兰

（1.国网四川省电力公司检修公司 四川 成都，610000；2.电子科技大学 四川 成都611731）

基于PID算法的四旋翼飞行控制器设计

杨 蔚1，赵雪峰2，李 陈1，杨生兰1

（1.国网四川省电力公司检修公司 四川 成都，610000；2.电子科技大学 四川 成都611731）

飞行控制系统很大程度上决定了飞行器的性能。本文主要对四旋翼飞行器的建模和飞行控制算法进行研究。首先根据四旋翼的动力学特性建立其数学模型；然后设计PID姿态控制器和位置控制器分别实现对四旋翼姿态和位置的控制；最后利用MATLAB/simulink工具对算法进行仿真。仿真结果表明，本文设计的PID控制器可以有效地对四旋翼飞行器进行控制。

四旋翼；建模；PID控制；MATLAB仿真

由于四旋翼具有结构简单，价格低廉，易于维护和制造的特点，使得它成为空中作业的理想工具。它不仅应用于各个行业领域，同时也吸引了国内外大量研究人员对四旋翼飞行器的建模和飞行控制算法进行研究。如澳大利亚国立大学研究的X-4Flyer项目[1]对四旋翼建模后，并设计了SISO的线性控制器实现了对飞行器姿态的控制。美国斯坦福大学的STARMAC工程[2]以X-4Flyer为平台，设计了滑模控制器实现了飞行器的航点跟踪功能。瑞士洛桑联邦科技学院的OS4项目[3]根据运动特性建立了基于欧拉角的数学模型，并设计了反步控制算法[4]、滑模控制算法[5]、PID和LQR控制器[6]对飞行器进行控制，对比了这几种算法的优劣。文献[7]中，作者针对多变量非线性的四旋翼数学模型设计了LQR和基于神经网络的预测控制器两种控制器，并通过仿真验证了算法的有效性。……