【四旋翼无人机控制算法设计及仿真分析案例4200字】

四旋翼无人机控制算法设计及仿真分析案例 1 1 1 21.2模糊PID控制原理 41.3模糊PID控制器的设计 5 8PID算法是按偏差的比例、积分和微分对系统进行调节的控制器。通过调整PID控制器的各项参数，可以及时有效地消除被控对象期望与实际输出之间的偏差，从而使系统达到稳定状态。1)比例项比例项可以放大期望与反馈之间的差值。比例因子K,越大，对偏差的放大越明显，比例项的作用也越明显，其对系统的输出干预也越强，反之亦然。对于给定的误差变化，高比例增益会导致输出变化很大，如果比例增益过高，系统可能会变得不稳定；相反地，较小的增益会导致对输出干预不明显，响应性较差或灵敏度较低，如果比例增益太低，则在响应系统干扰时控制动作可能会太小，来不及反应。实践表明，比例项应占输出变化的大部分。2)积分项积分项是期望与反馈的差值对时间的积分，然后将这个积分结果乘于一个比例因子K得到最终的数值。积分项公式为：3)微分项例因子Ka得到最终的数值。1)临界比例度法a)首先采用纯比例控制，将PID控制器的K、Ka都置为零，然后将K,先b)在输入端给定一个阶跃信号，在闭环状态下运行系统，逐渐增大K,直c)按照表4.1,根据公式计算出控制器的δ、T及Ta参数。δP///倒数)和振荡衰减周期T。c)按照表4.2,根据公式计算控制器的δ,T及Ta。δP///微分系数和微分时间常数的关系为：Ka=K,Ta模糊PID控制算法包括PID控制算法和模糊自适应算法两个部分。虽然常构和被控对象，如图4.3所示。输入/输出量进行模糊推理，然后通过精确化计算得到具体的输出值，最后与初始参数相加更新作用于被控对象的PID参数，从而实1.3模糊PID控制器的设计本文设计的模糊控制器是以e和ec作为输入，其论域根据仿真模型的期望输型模糊控制器并设计出49条模糊控制规则对输入/输出量进行模糊推理，然后通△Ka论域的是根据常规PID参数的10%~40%左右的增量作为论域的选择范围，如表4.1所示。表4.1模糊PID控制器论域的选择e道道角角2)隶属度函数的选择3)模糊规则的选择对于△K,如果误差和误差的变化率均为负值，即响应速度不够快，应该加大eNBeNBNSeNMNS4)反模糊化1.4常规PID和模糊PID仿真分析由于四旋翼无人机采用小扰动线性化方法建模得到的各个通道传递函数并规PID参数和模糊PID的初始参数设置如表4.5、4.6所示。K俯仰通道G₁横滚通道G₂7偏航通道G₃1X轴向与俯仰角G₄Y轴向与横滚角G₅59KKK俯仰通道G₁横滚通道G₂偏航通道G₃X轴向与俯仰角G₄Y轴向与横滚角G₅在Matlab中生成模糊控制器有两种方法，一种是采用在Simulink中搭建仿真模型，输入初始参数，四旋翼无人机6个通道的PID和模糊PID仿真模型如图4.5~4.10所示。图4.5俯仰通道PID和模糊PID仿真模型N2N2图4.6横滚通道PID和模糊PID仿真模型r图4.7偏航通道PID和模糊PID仿真模型ND图4.10Z轴通道PID和模糊PID仿真模型在Matlab/Simulink中对四旋翼无人机的6个根据阶跃响应曲线，可以得到各通道采用常规PID控制时的动态性能(如表4.7所示)及各通道采用模糊PID控制时的动态性能(如表4.8所示)。上升时间峰值时间调节时间超调量σ%(度)俯仰通道角角Z轴上升时间峰值时间调节时间超调量σ%(度)俯仰通道///角角Z轴由上述图表可知，模糊PID控