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

1、四旋翼無人機能夠?qū)崿F(xiàn)精準懸停、無頭控制、超低速運動等飛行功能，使四旋翼無人機在航拍、遙感、公安、消防、反恐、環(huán)境監(jiān)測等相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但是由于四旋翼無人機是一個典型的非線性、欠驅(qū)動、多變量和強耦合的系統(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，使得四旋翼無人機對其控制系統(tǒng)具有較高的要求[2]。針對四旋翼無人機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串級模糊自適應(yīng)PI

2、D控制系統(tǒng)，實現(xiàn) PID參數(shù)能夠隨系統(tǒng)的改變而自適應(yīng)整定，使四旋翼無人機在穩(wěn)定性、快速性、準確性以及抗干擾性能等方面得到一定的提升。
　　本文首先對四旋翼無人機的研究背景和意義、國內(nèi)外對其控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及四旋翼無人機控制系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵與相關(guān)算法進行了介紹；其次設(shè)計了以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)測試實驗檢測通過軟件濾波算法處理后的傳感器數(shù)據(jù)是否達到四旋翼無人機的數(shù)據(jù)要求，通過四元數(shù)互

3、補濾波融合處理后的加速度計、陀螺儀和磁力計數(shù)據(jù)，解算四旋翼無人機飛行時的姿態(tài)角，同時將溫度補償后的氣壓計數(shù)值轉(zhuǎn)換為四旋翼無人機的海拔高度；再次，建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對角度、角速度控制的PID控制參數(shù)進行非線性模糊整定，對單級PID控制、串級PID控制和串級模糊自適應(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行 Simulink軟件對比仿真；然后設(shè)計四旋翼無人機控制系統(tǒng)軟件控制程序，并對 PID參數(shù)和模糊量化因子進行調(diào)試，調(diào)試

4、過程中分別對應(yīng)了單級PID、串級PID和串級模糊自適應(yīng)PID三種控制策略；最后對四旋翼無人機采用串級PID控制系統(tǒng)和串級模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)進行對比試飛實驗。通過軟件仿真、參數(shù)調(diào)試實驗表明四旋翼無人機采用串級模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)在響應(yīng)的快速性、穩(wěn)定性、準確性以及抗干擾性能等方面優(yōu)于單級 PID和串級 PID控制系統(tǒng)；通過對比試飛實驗表明串級模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)能夠比串級PID控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定的控制四旋翼無人機。
　　通