四旋翼無人機飛行控制策略研究與優(yōu)化.pdf

1、四旋翼無人機廣泛應(yīng)用于航拍監(jiān)測、森林滅火、電力巡檢、治安監(jiān)控、農(nóng)業(yè)噴灑農(nóng)藥等專業(yè)領(lǐng)域，其本身涉及到機械、電子、通信、導(dǎo)航和控制理論等眾多學(xué)科相關(guān)技術(shù)，受到越來越多的高校和科研機構(gòu)的關(guān)注。同時四旋翼還是一個多變量、強耦合、對外界干擾敏感的非線性的欠驅(qū)動系統(tǒng)，因此對于四旋翼的建模與智能控制研究非常重要。檢索文獻得知四旋翼的智能控制策略大多數(shù)停留在理論研究方面，在實際的四旋翼控制系統(tǒng)的設(shè)計和飛行時，大多數(shù)采用的是經(jīng)典的PID控制策略，而智能控

2、制策略在實際飛行過程中存在著許多問題。本文以自己搭建的四旋翼實驗平臺作為主要研究對象，對四旋翼飛行控制系統(tǒng)進行了較為系統(tǒng)的研究與探索。
　　首先，在熟悉四旋翼的結(jié)構(gòu)及飛行原理的基礎(chǔ)上，建立了其慣性坐標系和機體坐標系，進行受力分析，通過牛頓歐拉方法建立了四旋翼的非線性系統(tǒng)模型，并進行了相應(yīng)的簡化，同時給出了無刷直流電機的系統(tǒng)方程，確定了四旋翼的系統(tǒng)參數(shù)。
　　其次，針對四旋翼無人機線性模型中存在的強耦合性和欠驅(qū)動性設(shè)計了雙環(huán)串

3、級PID控制器，以位置控制為外環(huán)，姿態(tài)控制為內(nèi)環(huán)，但是PID控制器的控制參數(shù)目前主要靠人工調(diào)整，不僅費時，并且不能保證控制系統(tǒng)獲得最佳的控制品質(zhì)，因此又引入了粒子群優(yōu)化算法（PSO），設(shè)計了PSO-PID控制器。
　　再者，由于四旋翼無人機本身就是一個非線性系統(tǒng)，具有眾多的不確定性因素，因此有必要進一步的對四旋翼無人機控制進行分析研究。將自適應(yīng)控制、模糊控制、滑?？刂坪土Ｗ尤簝?yōu)化算法相結(jié)合，提出基于粒子群算法優(yōu)化的自適應(yīng)模糊滑?？?/p>

4、制（PSO-AFSMC）的快速平穩(wěn)控制策略，滑?？刂颇芊浅Ｓ行У奶幚矸蔷€性系統(tǒng)，同時采用模糊推理的方法實現(xiàn)理想的控制律的有效逼近，在滿足Lyapunov穩(wěn)定性條件前提下進行控制器的設(shè)計和穩(wěn)定性分析，并進行了MATLAB仿真。仿真的結(jié)果表明，PSO-AFSMC控制策略相比于PSO-PID和AFSMC，具有更好的動態(tài)性能和抗擾能力。
　　最后，進行了四旋翼實驗平臺的搭建和飛行試驗。實際飛行試驗結(jié)果表明：PSO-PID控制策略和PSO-