四旋翼無人機(jī)串級(jí)模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)研究.pdf

1、四旋翼無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)懸停、無頭控制、超低速運(yùn)動(dòng)等飛行功能，使四旋翼無人機(jī)在航拍、遙感、公安、消防、反恐、環(huán)境監(jiān)測(cè)等相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但是由于四旋翼無人機(jī)是一個(gè)典型的非線性、欠驅(qū)動(dòng)、多變量和強(qiáng)耦合的系統(tǒng)[1]，這類系統(tǒng)要求控制參數(shù)能夠跟隨系統(tǒng)非線性變化而自適應(yīng)改變，使得四旋翼無人機(jī)對(duì)其控制系統(tǒng)具有較高的要求[2]。針對(duì)四旋翼無人機(jī)的以上特性以及傳統(tǒng) PID控制在這類控制系統(tǒng)中存在的缺陷，本文提出一種四旋翼無人機(jī)串級(jí)模糊自適應(yīng)PI

2、D控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) PID參數(shù)能夠隨系統(tǒng)的改變而自適應(yīng)整定，使四旋翼無人機(jī)在穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性以及抗干擾性能等方面得到一定的提升。
　　本文首先對(duì)四旋翼無人機(jī)的研究背景和意義、國(guó)內(nèi)外對(duì)其控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵與相關(guān)算法進(jìn)行了介紹；其次設(shè)計(jì)了以STM32F407VGT6為主控制器的控制系統(tǒng)硬件部分，采用傳感器數(shù)據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)檢測(cè)通過軟件濾波算法處理后的傳感器數(shù)據(jù)是否達(dá)到四旋翼無人機(jī)的數(shù)據(jù)要求，通過四元數(shù)互

3、補(bǔ)濾波融合處理后的加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)數(shù)據(jù)，解算四旋翼無人機(jī)飛行時(shí)的姿態(tài)角，同時(shí)將溫度補(bǔ)償后的氣壓計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換為四旋翼無人機(jī)的海拔高度；再次，建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對(duì)角度、角速度控制的PID控制參數(shù)進(jìn)行非線性模糊整定，對(duì)單級(jí)PID控制、串級(jí)PID控制和串級(jí)模糊自適應(yīng)PID控制三種控制策略的輸入響應(yīng)性能以及抗干擾性能進(jìn)行 Simulink軟件對(duì)比仿真；然后設(shè)計(jì)四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)軟件控制程序，并對(duì) PID參數(shù)和模糊量化因子進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試

4、過程中分別對(duì)應(yīng)了單級(jí)PID、串級(jí)PID和串級(jí)模糊自適應(yīng)PID三種控制策略；最后對(duì)四旋翼無人機(jī)采用串級(jí)PID控制系統(tǒng)和串級(jí)模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比試飛實(shí)驗(yàn)。通過軟件仿真、參數(shù)調(diào)試實(shí)驗(yàn)表明四旋翼無人機(jī)采用串級(jí)模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)在響應(yīng)的快速性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性以及抗干擾性能等方面優(yōu)于單級(jí) PID和串級(jí) PID控制系統(tǒng)；通過對(duì)比試飛實(shí)驗(yàn)表明串級(jí)模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)能夠比串級(jí)PID控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定的控制四旋翼無人機(jī)。
　　通