四旋翼無人機串級模糊自適應PID控制系統(tǒng)研究.pdf

1、四旋翼無人機能夠實現精準懸停、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)測等相關領域得到廣泛的應用，但是由于四旋翼無人機是一個典型的非線性、欠驅動、多變量和強耦合的系統(tǒng)[1]，這類系統(tǒng)要求控制參數能夠跟隨系統(tǒng)非線性變化而自適應改變，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PI

2、D控制系統(tǒng)，實現 PID參數能夠隨系統(tǒng)的改變而自適應整定，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、國內外對其控制系統(tǒng)的研究現狀以及四旋翼無人機控制系統(tǒng)的技術關鍵與相關算法進行了介紹；其次設計了以STM32F407VGT6為主控制器的控制系統(tǒng)硬件部分，采用傳感器數據測試實驗檢測通過軟件濾波算法處理后的傳感器數據是否達到四旋翼無人機的數據要求，通過四元數互

3、補濾波融合處理后的加速度計、陀螺儀和磁力計數據，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值轉換為四旋翼無人機的海拔高度；再次，建立控制系統(tǒng)數學模型，對角度、角速度控制的PID控制參數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PID控制三種控制策略的輸入響應性能以及抗干擾性能進行 Simulink軟件對比仿真；然后設計四旋翼無人機控制系統(tǒng)軟件控制程序，并對 PID參數和模糊量化因子進行調試，調試

4、過程中分別對應了單級PID、串級PID和串級模糊自適應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PID控制系統(tǒng)進行對比試飛實驗。通過軟件仿真、參數調試實驗表明四旋翼無人機采用串級模糊自適應PID控制系統(tǒng)在響應的快速性、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。
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