四旋翼無人機(jī)飛行姿態(tài)的幾種改進(jìn)控制算法研究.pdf

1、四旋翼無人機(jī)是一種可以通過遙控來實(shí)現(xiàn)自主飛行的非載人飛行器，它是一種欠驅(qū)動系統(tǒng)，在4個無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動下產(chǎn)生差動力矩從而實(shí)現(xiàn)俯仰和翻滾運(yùn)動，產(chǎn)生的反扭力矩來實(shí)現(xiàn)偏航運(yùn)動，飛行的軌跡可以由遙控器來控制。其在飛行過程中姿態(tài)易受到外界氣流等因素的干擾，導(dǎo)致飛行姿態(tài)失穩(wěn)，影響完成預(yù)設(shè)飛行任務(wù)的質(zhì)量。且其飛行運(yùn)動具有多變量、強(qiáng)耦合、非線性等特點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)良好的姿態(tài)控制系統(tǒng)顯得非常重要。
　　針對傳統(tǒng)PID控制的控制參數(shù)整定需要熟練的技巧

2、和足夠的時間，且調(diào)整好的參數(shù)不會自適應(yīng)外界的變化，很難以一套固定的參數(shù)來完成控制目標(biāo)的任務(wù)。為此，本文提出了如下幾種改進(jìn)算法:
　　1.首先提出使用精英蟻群系統(tǒng)算法與PID控制結(jié)合的方法來控制四旋翼無人機(jī)的飛行姿態(tài)，隨后針對精英蟻群系統(tǒng)算法中的某條路徑上信息素過大或者過小的缺陷，提出了改進(jìn)的精英蟻群系統(tǒng)算法，與改進(jìn)前的算法相比，能在更短時間內(nèi)獲得最優(yōu)解，最后把這兩種優(yōu)化算法分別與PID控制相結(jié)合，來控制無人機(jī)的飛行姿態(tài);
　

3、　2.針對反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練過程中有可能因振蕩造成不收斂的現(xiàn)象，本文采用了附加慣性項(xiàng)的反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解決此問題，并改進(jìn)了慣性系數(shù)，再將其與PID控制結(jié)合，發(fā)展了一種基于附加慣性項(xiàng)反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID控制相結(jié)合的控制方法，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的飛行姿態(tài)控制;
　　3.蟻群算法優(yōu)化PID控制參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)PID控制參數(shù)自整定，但是蟻群創(chuàng)建的第一條路徑所獲得的信息主要是距離信息，此信息會對以后的循環(huán)產(chǎn)生誤導(dǎo)。而最優(yōu)最差螞蟻系統(tǒng)算法強(qiáng)化最

4、優(yōu)解弱化最差解使得信息素量的差距進(jìn)一步加大，提高了尋優(yōu)效率。為此，發(fā)展了一種最優(yōu)最差螞蟻系統(tǒng)算法與PID相結(jié)合的控制方法，來控制無人機(jī)的飛行姿態(tài);
　　4.在研究了改進(jìn)精英蟻群系統(tǒng)算法、自抗擾控制算法、PID控制算法等的基礎(chǔ)上，提出了將這三種算法結(jié)合成一種復(fù)合控制算法來控制無人機(jī)的飛行姿態(tài)。
　　仿真結(jié)果表明:以上四種改進(jìn)控制算法實(shí)現(xiàn)了四旋翼無人機(jī)的姿態(tài)控制，與傳統(tǒng)PID控制算法相比，以上改進(jìn)算法均能更好地適應(yīng)系統(tǒng)自身參數(shù)的