基于层次分析遗传算法PID参数整定的四旋翼控制系统

唐 顺

（佛山职业技术学院 机电工程学院，广东 佛山 528137）

四旋翼飞行器以其独特的结构、起降方式、飞行模式等成为国内外关注的焦点和热点。四旋翼飞行器的机械结构简单，分布对称，因而具有良好的经济性和可维护性[1-2]。四旋翼飞行器的执行机构由四个均匀对称分布的螺旋桨组成，能垂直起降，能在狭小的工作空间内作业，这些优点使其在诸多领域具有广泛的应用前景，如航拍、农用喷药、交通监测、电力线缆检测等[1-5]。

对于四旋翼飞行器的控制系统设计，国内外有着较多的相关研究[3,7-9]，如滑模控制[4]、鲁棒控制[5]、反步控制等[6]，也取得了丰硕的研究成果，但在控制精度和动态特性上还有所欠缺。

遗传算法（GA）是模拟自然界生物的遗传机制，基于达尔文进化论的一种智能优化算法，它从某一随机产生的或特定的初始解集出发，按照一定的操作规则，如复制、交叉、变异等，不断地迭代计算以得到新一代解集，并根据给它的适应度，按照适者生存和优胜劣汰的原则，引导搜索过程向“最适应环境”的个体（最优解）逼近，逐代演化出越来越好的近似解，最终收敛到问题的最优解或满意解[15-17]。

通过分析四旋翼飞行器的欠驱动、强耦合、非线性等控制问题后[10-13]，本研究设计一种由内环姿态控制和外环位置控制组成的双回路PID控制器。针对各类系统控制要求，将系统进行层次分析，建立系统的多目标优化指标，运用遗传算法对系统进行PID参数整定。将整定参数后的控制器用于四旋翼飞行器系统，进行室外飞行实验，实验结果表明飞行器能在室外做满足工程精度要求的飞行。……