领航中国 NAVIGATION CHINA木工艺品制作
水泥磨
中国航班 CHINA FLIGHTS
10
自抗扰控制器方法能否应用于四旋翼飞行器的飞行控制系统中？本文就自抗扰控制器的工作原理和基本组成对这个问题进行解答。
针对四旋翼飞行器低速飞行或悬停状态，本文提出了一种基于自抗扰控制器的控制系统设计方法。在仿真平台上进行了稳定性控制和高度控制实验，并与PID控制系统进行了比较。仿真结果表明，基于自抗扰控制器的四旋翼飞行器飞行控制系统具有良好的动态特性、稳态精度和鲁棒性。本文设计的自抗扰控制器可应用于四旋翼飞行器飞行控制系统。
四旋翼飞行器是目前最为普遍的旋翼无人机类型，具有垂直起降、造价成本低，结构简单等优势，被广泛的应用于侦查、喷洒农药等工作中。
四旋翼飞行器的控制系统常用的方法有PID法、滑模法、LQ 法等。目前来看，最为常用的是PID法。
但由于P I D 控制器的控制目标和实际的输出之间存在误差，抗干扰的能力较低，并不能满足四旋翼飞行器对于自扰模式的发展要求，综上所述，本文对四旋翼飞行
器自抗扰方式进行分析。
四旋翼飞行器动力学模型四旋翼飞行器主要由独立对称的四个螺旋桨和四个独立电机构成，机械原理方面，主要是通过三个身体周和六个自由度轴组合而成，运用牛顿-欧拉为基础原理，完成了四旋翼飞行器动力学模型。考虑到低速四旋翼飞行器的飞行条件或室内外条件，本设计假定四旋翼飞行器是刚性对称的，将旋翼的中西和飞行器的中心之间的垂直距离的影响忽视，同时对于其他方面的额外部干扰也进行忽视。基于上述假设的四旋翼飞行器动力学模型如下：其中滚转角φ、俯仰角θ、偏航角ψ
为了在不丧失通用性的情况下建立飞机的动力学模型，进行四旋翼飞行器假设：一，主体是均匀对称的；二，飞行器的中心位置和坐标的起源相一致；三，阻力，重力等方面的因素；四，在各个方向的
张力与螺旋桨速度的平方成正比。
自抗扰控制器设计自抗扰控制器原理
蒸汽发电机自抗扰控制器需要扩展状态观测器作为设计的基础，对实际的补偿功能进行最基本的研究。所以，有了这一功能，控制器就可以有自抗扰功能。
控制器设计方案四旋翼飞行器的有三个姿态通道，之间都存在着联系，我们将这种关系称之为耦合关系，但在角速变化不大的情况下，这样的关系是可以忽略的。
所以，本文根据PID控制器和扩展状态观测器构成。在姿态控制过程中，由于角运动影响姿态位置，大角度或大振动会导致多旋翼飞机飞行失稳甚至崩溃，不宜采用过大的角响应，所以，将采用欠阻尼(ζ<1)系统的方式排除掉。(ζ>1)和(ζ=1)系统中进行选择，
发现，临街阻尼在上升中的时间越短，其速度就会越快，所以，本次方案中选择了ζ=1。
在临界阻尼系统中，采用相同的方法可以获得相同的俯仰和偏航控制器参数。线性扩展状态观测器的特征方程为
文
邓磊 杨潞瑶 饶伟 代腾
CHINA FLIGHTS 中国航班
11
领航中国
NAVIGATION CHINA
水面曲线S301s202s03。为了准确估计被测对象的状态和总扰动，必须选择合适的参数Beta 01、Beta 02和Beta 03。通常较稳定的特征方程形式为(Sζ0)ζ3，因此参数01、02、03的分配形式为3ζ0、3_02、ζ03。通常0=3-5ζc。
仿真实验与结果分析姿态稳定实验
将四旋翼飞行器姿态稳定性进行仿真，参数为E P 4O S 4飞机。各方面的参数为：m=0.65kg，L =0.2
3m ，I X =0.0075 k g m ~2，i y =0.0075 k g m ~2，I z =0.013 k g ~2。其中m 为质量，L 为臂长。对参数进行微调之后，参数如下01=120，02=4800，03=64000。偏航角为10°、初滚转角为20°、俯仰角为15°。仿真指令将姿态角从0 m稳定到2 m。三个姿态角均在0.8s以内，高度约1.5s。该控制器无
dic系统超调，振荡小，对姿态的稳定性控制良好。
与PID控制器对比实验在实际的飞行中，四旋翼飞行器外部对其进行干扰，会有轻微的抖动产生。仿真实验中对仰角俯角滚转角和模拟中的曲线比较类似，且受到空间的限制。实验只分析了回旋道和偏转器。为了比较本文设计的控制器和PID控制器的抗干扰能力，在滚道中加入了0.05sin(T)的正弦干扰信号，并将0.1sin(2t)的正弦干扰信号加到滚道中。仿真命令将姿态角恢复到0。PID-自抗扰控制器在扰动力矩的作用下的跟踪效果理想，达到了最初设计的目标。
综上所述是，本文根据四旋翼飞行器PID自抗干扰控制器的仿
真研究中，通过对飞行器姿态方面的稳定控制、扰动转矩等仿真实验，验证了所设计控制器的抗干扰性和鲁棒性，并与PID控制器进行了比较。从上述的仿真过程中可得出，控制器的仿真运行结果比较稳定，对鲁棒性、控制精度等方面都有良好的性能。
网络流量统计扩展状态观测器动力学、耦合效应以及外部干扰等方面进行了研究，补偿了它们的动态反馈，因此设计的自抗扰控制器不需要精确的四轮驱动车辆控制模型，有效的解决了精度模型方面的困难，本次研究对工程方面的应用具有很大的价值。（作者单位：邓磊，西南科技大学城市学院工程技术学院；杨潞瑶，西南科技大学城市学院工程技术学院；饶伟，四川工商学院；代腾，四川工业科技
学院）
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议