四旋翼农药喷洒飞行器模糊PID姿态控制

针对四旋翼农药喷洒飞行器在作业过程中负载发生变化影响飞行器作业中稳定性的问题,设计模糊PID(Proportion Integration Differentiation)控制器,运用MATLAB软件搭建飞行器模糊PID控制系统与传统PID控制系统Simulink仿真模型,并对飞行器姿态进行仿真。仿真结果显示,与传统PID相比,在飞行器质量发生改变后,模糊PID控制系统适应性强,参数整定简单。飞行器质量改变后,模糊PID控制算法比传统PID超调量降低4.8%,上升时间减少0.513s,系统恢复时间减少0.790s。结果表明,模糊PID控制系统比传统PID控制系统响应速度快,控制效果好,鲁棒性较强,进一步提高了飞行器在农药喷洒过程中的稳定性。     

基于串级模糊PID的四旋翼姿态控制器设计

为解决四旋翼飞行器姿态控制器存在的响应速度慢和鲁棒性差等问题,通过串级模糊PID控制算法来实现飞行姿态的稳定性。建立起四旋翼飞控系统的数学模型后,设计了外环角度P控制器和内环角速度模糊PID控制器。利用Matlab/Simulink通过阶跃信号输入对比仿真传统PID控制器和串级PID控制器、串级模糊PID控制器3种控制方法。仿真结果表明:串级模糊PID控制器使系统抗干扰性能提高,同时加快系统的响应性和准确性;飞行实验表明:串级模糊PID控制算法的鲁棒性好。可见改进后的算法对于四旋翼控制系统是有效的。     

四旋翼无人飞行器控制律设计与仿真

四旋翼无人飞行器已经得到了广泛应用,其控制律设计的重要性日渐凸显。在构建四旋翼飞行器六自由度动力学模型的基础上,分别设计了基于PID控制和线性自抗扰两套控制律。首先给出基于PID控制的四旋翼控制律,对四旋翼的各个通道设计PID控制律,并进行六自由度仿真分析,随后给出基于线性自抗扰控制的四旋翼控制律,针对每个通道设计自抗扰控制回路,进行六自由度仿真分析,基于仿真结果对两者的控制效果进行对比,最终结果表明自抗扰控制方法可以有效地抑制超调且响应速度更快。     

四旋翼飞行器的双回路PID控制器的设计与实现

四旋翼飞行器是当今市场的一个新兴且关注度高的研究方向.PID算法当属四旋翼飞行器的核心部分,优秀的PID算法可以实现稳定的悬停和快速的打舵响应.针对传统的单回路PID控制器的不足设计了一种新的双回路PID控制器,结构上分为主回路和副回路,角速度作为主回路,角度作为副回路,副回路的输出量作为主回路的期望值.并在角度姿态的获取上创新的加入了滤波系统,从而使副回路获得的角度曲线更加稳定和平滑,降低了电机的工作温度,提高了控制精度.控制器采用了STM32F103作为控制核心.该款处理器有配套的DSP库,可以实现FIR滤波器,滤波参数确定于MATLAB的FIR设计工具.经过上机实验说明了新的滤波双回路PID系统不仅悬停十分稳定,对于打舵响应十分迅速,而且具备一定的抗外力干扰能力,满足设计需求.     

FPGA语音识别的四旋翼飞行器控制系统设计

以FPGA语音识别命令作为四旋翼的航拍遥控命令,将FPGA快速处理信息的能力与语音控制的简单、准确、灵活特点相结合。控制系统分为2部分,四旋翼飞行器利用单片机,采用模糊神经网络PID控制四旋翼螺旋桨的转速达到对机身的飞行高度和方向的控制;语音遥控命令利用FPGA,采用优化的隐马尔可夫模型完成对机身的飞行姿态的命令控制。经仿真验证语音控制四旋翼控制系统具有很强的实时性,能很好地控制四旋翼飞行器完成航拍任务。     

基于PID算法的开源小四轴飞行器控制系统设计

在实际飞行中,飞行器经常受到外部气流的影响,这会使飞机的位置偏离预期目标。为了实现四旋翼飞行器的稳定飞行,首先从牛顿-欧拉方程寻找规律,建立四旋翼飞行器动力学数学模型,然后结合线性变参数的方法将非线性的模型进行线性化处理,设计PID控制器并计算出对应通道上的传递函数。在Matlab/Simulink平台中建立对应的模型并仿真,对仿真结果进行分析,得出的结论验证了PID算法的有效性。     

差分进化算法在四旋翼飞行姿态中的应用

无人机技术现已被运用到军事、农业等越来越多的领域。在大多数四旋翼飞行器上仍采用PID控制算法,但其参数的调节要依赖精确的运动学模型,且调节时间较长。针对PID控制器调节时间慢,精度差的问题。采用了一种改进的PID控制器的方法来提高四旋翼飞行器的调整速度和稳定性。研究了基于差分进化算法的PID控制器的系统模型,相比于基于Ziegler-Nichols调参方法的PID控制器,系统的上升时间提高了36%。并通过matlab仿真,结果表明运用差分进化算法对四旋翼无人机的姿态进行调整,不仅能够提高四旋翼无人机的稳定性,还能提高四旋翼无人机姿态调整的速度。     

基于P-PID控制器对共轴双旋翼飞行器的姿态控制

针对共轴双旋翼飞行器的姿态控制传统PID算法效果不理想,难以获得满意的控制效果,设计了P-PID控制器实现飞行器姿态控制。利用串级PID对共轴双旋翼飞行器的角度、角速度进行控制。仿真实验和飞行试验表明,算法满足飞行器系统的设计要求,验证了算法的可行性。     

单翼损坏下的四旋翼飞行控制器设计

针对发生单翼损坏故障时四旋翼飞行器的常规控制失效问题,用反步法设计保证飞行器安全和一般飞行控制的控制器.根据单翼损坏下四旋翼飞行器的旋转与平移运动方程,将控制器划分成内、外环,使用反步法设计这两个环路.内环控制飞行器姿态,外环控制飞行器位置.用反步法设计此种控制器时牺牲飞行器的偏航控制能力,但能实现飞行器一定程度的正常飞行.即能实现飞行器以恒定速度绕其垂直轴转动,机体保持水平同时空间位置不变的近悬停状态,也能通过指令信号实现飞行控制和位置跟踪.经过仿真验证,证实了该控制器对单翼损坏故障下的四旋翼飞行器的飞行控制的有效性,飞行器的稳定性能良好.结果表明,偏航控制能力的丧失不会对四旋翼的安全造成威胁,也不会对飞行器的轨迹跟踪造成较大影响,即保证飞行器能在以恒定速度绕垂直轴转动的情况下进行稳定飞行,同时还能以较快速度跟踪简单的期望轨迹.该研究证实了单翼损坏下的四旋翼飞行器的飞行仍具有可控性.     

基于悬停四旋翼位置姿态信息的风场估计方法研究

基于四旋翼飞行器悬停状态下的位置及姿态信息,提出了一种离线的风场估计方法。首先根据Dryden大气紊流模型建立了四旋翼飞行器所处的风场环境,并通过分析有风情况下旋翼升力的变化,得到旋翼升力与风场信息(风速、风向)的函数关系式;接着利用牛顿-欧拉方法推导出有风扰动下的四旋翼动力学方程,并进一步设计了用于保持飞行器悬停状态的PID控制器;最后,基于悬停状态下四旋翼飞行器的位置姿态信息,计算得到飞行器所处的风场环境信息。MATLAB仿真结果表明所提方法在有紊流干扰的情况下,能够有效地提取出风场环境里的主风信息。     

四旋翼飞行器控制系统的设计与实现

为了解决四旋翼飞行器的飞行控制问题,设计了一种基于位置式比例积分微分(PID)算法的飞行控制系统.该控制系统以MSP430f149处理器为中央处理器,以MPU-6050传感器为惯性测量器件.在搭建的姿态控制平台上,为了实现控制系统的稳定飞行,结合四旋翼飞行器的飞行原理对传感器输出的姿态角进行PID控制,然后将PID控制器的输出信号与电机的基本油门相结合,用以调节4路脉冲宽度调制(PWM)信号占空比的方式来控制电调电路,再由电调驱动电机并控制电机转速.结果表明,俯仰角、横滚角、偏航角的误差均小于1°,验证了PID算法对四旋翼飞行器姿态角控制的有效性,保障了飞行器自稳定控制的鲁棒性.     

基于模糊自整定PID的直升机飞行控制律设计

在经典PID控制律基础上,引入模糊控制的概念设计模糊自整定PID控制律改进无人直升机姿态回路控制器,实现了PID控制器的参数在线自整定,并改善了控制器性能.通过Matlab对闭环系统进行算法仿真,表明模糊自整定PID控制器能够发挥优于传统PID控制器的控制性能.最后对所设计的控制器进行半物理仿真验证,通过对比典型输入指令下经典PID和模糊自整定PID两种控制器的控制效果,验证了模糊自整定PID对系统性能的优化.     

四旋翼飞行器携带负载稳定飞行算法

针对不平衡作用下四旋翼飞行器飞行稳定问题,建立了不平衡负载作用下四旋翼的运动学模型和动力学模型,估计了质心位置,设计了串级PID控制器,解决了质心严重偏移出机体之外时,四旋翼不能稳定飞行的问题,利用RBF神经网络自适应来逼近模型的不确定性以及负载晃动所产生的扰动,Lyapunov定理证明了其稳定性。仿真分析与飞行实验验证了本文算法的有效性。     

直流无刷电机位置跟踪的模糊PID控制

为了设计高精度的直流无刷电机伺服控制系统,性能优良的位置跟踪控制器是其重要保障.基于直流无刷电机的工作原理.运用Matlab/Simulink建立其自动位置跟踪控制系统的计算机仿真模型,系统的电流和速度环采用PI控制,结合PID控制和模糊控制设计了系统位置环的模糊PID控制器.数字仿真结果表明,模糊PID控制的动静态特性优于传统单一的PID控制,论文的研究工作对设计性能优良的直流无刷电机控制器具有借鉴意义.     

基于模糊PID的电液位置伺服控制器设计研究

介绍了电液位置伺服控制系统的组成与工作原理,并建立了系统的数学模型。将模糊控制与PID控制结合在一起,设计了模糊PID控制器,即通过模糊控制器输出对PID参数进行在线调整。利用MATLAB软件进行仿真,比较常规PID控制与模糊PID控制仿真结果,发现模糊PID控制器提高了系统的动态性能和稳态特性。     

无人倾转旋翼飞行器冗余操纵控制策略设计

根据所建立的无人倾转旋翼飞行器飞行动力学模型配平和小扰动线性化处理结果分析了不同飞行模式下的操纵效率,应用多目标非线性控制方法的目标优化函数性能指标得到了操纵效率矩阵系数,设计了一套实用的舵面驱动分配策略,实现了飞行器全模式飞行,解决了飞行控制随飞行模式变化所要求的操纵冗余问题．采用所提出的操纵分配策略可使飞行控制器统一设计,无需按不同飞行模式设计控制器,有效降低了飞行控制器的设计难度．给出了一个全模式飞行仿真样例,运用线性PID控制器实现了稳定飞行控制．利用倾转旋翼飞行器飞行动力学模型仿真验证了操纵分配策略的有效性．     

四旋翼无人机增稳混合控制器设计

为了改善四旋翼无人直升机在不同环境下的飞行稳定性,应用混合控制的方法设计了无人机增稳混合控制器．它有多个PID控制器可供选择,并根据无人机飞行高度和倾角大小选择当前合适的控制器,有效的降低了无人飞行器的坠毁机率和其他潜在危险的发生．并且通过Matlab中的Simulink工具箱搭建仿真系统,模拟了四旋翼无人机在起降、无风、有风和失控的情况下的控制器切换过程．仿真结果表明:应用混合控制器的四旋翼无人机在起降和有风情况下可有效抑制飞行器倾斜和水平漂移,提高稳定性．     

三旋翼飞行器的建模及其姿态自抗扰控制

根据国内外旋翼飞行器的研究现状以及三旋翼飞行器的机械结构,对三旋翼飞行器进行力矩分析,建立数学模型。采用自抗扰控制方法对三旋翼飞行器的姿态角进行姿态控制,通过Matlab仿真与PID控制方法的对比试验,以及跟踪不同数值大小的阶跃响应信号进行分组仿真。仿真结果表明,自抗扰控制算法具有有效性和快速性,分组试验表明针对不同大小的阶跃信号,可采用不同的参数进行调节。结果表明：该方法既具有良好的滤波性与鲁棒性,又保留了PID控制的大体框架与结构简单等优势,在工程和之后的试验中有一定的指导价值。     

模糊PID控制的助力模式对操纵稳定性影响分析

电动助力转向系统(EPS)设计中最重要的是助力控制模式的控制器设计。在PID控制的基础上引入了模糊控制,提出了基于模糊PID控制的助力控制模式;应用TruckSim和Simulink建立EPS联合仿真模型;采用常用的操纵稳定性开环和闭环两种评价方法进行PID控制和模糊PID控制仿真对比试验,研究模糊PID助力控制模式对EPS性能及整车操纵稳定性的影响。开环评价对比试验结果表明:模糊PID控制器的助力性能较好,但操纵稳定性略差一些。闭环对比试验表明:EPS助力控制模式能有效地提高转向系转向轻便性,模糊PID控制器作用下的操纵性和汽车行驶安全性较好。认为模糊PID控制器下的助力控制模式助力性能好于PID控制器,模糊PID控制器更适合EPS助力控制模式。     

基于模型参考自适应的四旋翼飞行器反步控制

针对四旋翼飞行器易受干扰的问题,本文提出了一种基于模型参考自适应的反步控制方法,在外界气流干扰和内部参数不确定的情况下,保证四旋翼飞行器稳定平滑地跟踪参考信号。将四旋翼飞行器的飞行控制系统分解为水平位置控制子系统与高度和姿态控制子系统,并对两个子系统分别设计反步控制器,然后在高度和姿态控制子系统应用模型参考自适应控制,提高该子系统的抗干扰性能,从而进一步改善水平位置控制性能,同时采用Lyapunov稳定性理论,证明整个闭环系统渐近稳定。仿真结果表明,该算法能够有效抑制外界气流干扰,对负载不确定性具有较强的自适应能力,有效提高系统的稳定性和抗干扰性能。该研究具有一定的理论和实际应用价值。