四旋翼无人机串级模糊自适应PID控制系统设计

四旋翼无人机是一种典型的欠驱动、非线性系统,这类系统要求控制参数能够跟随系统的非线性变化而自适应变化,结合模糊控制和PID控制的优点,提出一种改进型的串级模糊自适应PID控制系统,该系统由角度模糊自适应PID控制、角速度模糊自适应PID控制两部分组成。搭建该控制系统的数学模型,对角度、角速度控制的PID参数进行非线性化模糊整定,通过软件对比仿真角度单级PID控制、角度角速度串级PID控制和角度角速度串级模糊自适应PID控制三种控制策略,仿真结果表明串级模糊自适应PID控制系统的稳定性、快速性和准确性明显优于其余两种控制策略,通过实际飞行试验数据分析表明串级模糊自适应PID控制算法在四旋翼无人机控制系统上能够取得非常理想的控制效果。     

四旋翼飞行器的滑模PID轨迹跟踪控制

针对传统PID在四旋翼飞行器轨迹跟踪控制方面存在的精度不高、鲁棒性差等不足,提出了一种滑模PID算法。并根据建立的四旋翼欧拉-庞卡莱动力学模型,设计滑模PID轨迹跟踪控制器。与传统PID算法相比,该算法通过选取PID滑模面,有效地提高系统的响应速度以及抗干扰的能力。通过MATLAB/Simulink,在不同条件下,分别对滑模PID和传统PID算法设计的控制系统进行仿真。仿真结果表明,该算法能够更为精确地跟踪期望轨迹,同时具有响应时间短,超调量小,鲁棒性强等优点。     

具有柔性抓手的四旋翼飞行器设计与实现

为了实现四旋翼飞行器与外界环境的交互,设计了一种具有柔性抓手的四旋翼飞行器系统,该系统主要由四旋翼飞行器和柔性抓手组成。首先对四旋翼飞行器的原理进行了阐述,然后对其进行了建模和姿态解算,并且采用串级PID算法实现了四旋翼飞行器稳定飞行; 其次,对柔性抓手的设计与制造过程进行了介绍,并且对柔性抓手进行了抓取测试; 最后,在室外环境对系统进行了测试。测试结果表明,设计的四旋翼飞行器及柔性抓手性能稳定可靠,两者结合可以实现空中的抓取和投放。     

改进PID控制在四旋翼控制系统中的应用

四旋翼飞行器是一种具有四个固定在同一平面上的旋翼的飞行装置。其优势在于机械结构简单,可以垂直起落、悬停,它在民用、军事领域均有广泛的应用。PID控制是一种经典的控制策略。是按偏差的比例、积分和微分进行的控制。其算法简单,鲁棒性好,可靠性高,被广泛应用与工业生产控制中。对于不完全了解的系统及控制对象,或较难获得系统参数时,PID控制也能起到较好的控制效果。因此在四旋翼飞行器反馈控制系统中应用该控制器。但是单纯的PID控制很难达到较好的效果。本文分析并改进相应的PID达到较好的效果。     

四旋翼悬挂系统的防摆动设计

为提高四旋翼悬挂系统的稳定性和抗干扰能力,设计一种四旋翼的硬件结构,采用PID控制来抑制四旋翼悬挂系统的摆动.四旋翼的控制环节为双闭环控制,悬挂物与垂直线的角度控制作为外环,四旋翼姿态控制作为内环.通过双环之间的串级控制,使得悬挂物与四旋翼保持相对稳定状态.通过MATLAB/Simulink仿真结果验证该方案,四旋翼悬挂系统的飞行平稳性得到改善.     

全电动注塑机PID串级控制研究

分析了全电动注塑机的结构,设计了针对位置和压力的控制器。对每个环节的控制算法都采用PID控制,形成了PID串级控制,得出了PID串级控制的优点。     

基于模糊神经网络PID的液位串级控制的研究

利用PID算法对液位串级系统进行控制虽然是一种有效的控制方法,但由于它的精确数学模型难以确定,使得参数整定困难、控制效果不理想。该文将PID算法、模糊控制算法以及神经网络算法相结合,形成了一种智能控制算法——模糊神经网络PID算法。将该算法运用到液位串级控制系统中,实现了PID参数的自整定,并且提高了控制质量。实验结果表明,模糊神经网络PID算法与PID算法的控制效果相比,在鲁棒性和响应时间等方面有了较大的提高,具有一定的应用前景。     

四旋翼无人飞行器驱动系统设计与性能测试

针对动四旋翼无人飞行器的高动态、高效率驱动问题,对四旋翼无人飞行器驱动系统的硬件设计、动态模型、能量效率等方面进行了研究,提出了一种基于ATmega88微控制器及I2C总线技术的多旋翼飞行器驱动系统,利用升力测试平台对驱动系统的动态性能与能量效率进行了测试,通过系统辨识实验建立了PWM-旋翼升力动态模型,并分析了供电电压对模型参数和系统效率的影响。实验结果表明,该驱动系统带宽大于10 rad/s,且在每个旋翼300克升力输出时效率高达9 g/W,完全满足四旋翼无人飞行器的设计需要。     

基于PLC的温度串级控制

介绍了对于控制通道的时间常数和容量滞后较大,控制作用不及时的温度系统采用串级PID控制实现有效的控制方案,由于它的精确数学模型难以确定,参数整定采用一步整定法取得了较好的效果。实验结果表明,采用串级PID控制效果比单回路在响应时间等方面有了较大的提高,有效的改善控制质量,具有一定的应用价值。     

基于视觉的小型四旋翼无人机自主飞行控制

提出为实现小型四旋翼无人机自主飞行控制,设计一种基于视觉的飞行控制方法,并搭建嵌入式控制架构飞行试验平台。在控制过程中,光流信息与姿态角信息进行融合用于估计无人机水平位置信息,利用获取到的水平位置信息作为内外环结构的比例微分积分(Proportion integration differentiation,PID)控制器外环反馈信息。不同于传统的基于地面站的控制架构试验平台,该飞行系统中采用了一个嵌入式控制架构的试验平台。该平台依靠机载嵌入计算机进行光流计算、运动状态估计,并采用机载飞行控制器执行控制算法。这种嵌入式控制架构工程实现难度高,但更利于实现四旋翼无人机的全自主飞行控制。试验结果表明,提出的设计方法取得了较好全自主飞行控制效果。     

带机械臂四旋翼飞行器的控制方法研究

四旋翼飞行器机械原理简单,主要由四个螺旋桨和十字架结构机身组成,是典型的强耦合,非线性欠驱动的六自由度系统。四旋翼飞行器利用四个螺旋桨的转速变化,来控制机身的姿态变化。例如:绕Y轴的俯仰和沿Y轴的左右移动;绕X轴的横滚和沿X轴的前进与后退;绕Z轴的偏航和沿Z轴的上升与下降。四旋翼飞行器的姿态控制是控制系统的核心部分,是热门研究课题。文章的主要内容如下:1.首先对四旋翼飞行器进行了受力分析,通过导航坐标系与机体坐标系之间的变换及Newton-Euler方程对四旋翼飞行器建立运动学模型、动力学模型;2.根据建立的四旋翼飞行器的模型设计研究了基于抗饱和的串联PID控制算法,基于matlab/Simulink中提供的模块对四旋翼飞行器进行模拟仿真实验;3.基于饱和的串联PID控制算法进行仿真实验,结果表明基于抗饱和的串联PID控制算法有良好的动态特性;4.将携带的机械臂考虑成四旋翼无人机在飞行过程中所受的干扰,进行实验。本论文对携带机械臂四旋翼飞行器做了初期的研究,希望后期有更多这方面的学者深入研究。     

四旋翼飞行器非线性轨迹跟踪控制

针对四旋翼飞行器在复杂飞行条件下速度不可测的轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在外界未知干扰和模型参数不确定的情况,提出了一种基于扩张观测器的轨迹跟踪控制方法。该方法设计了积分型反步法跟踪控制器,以降低系统的稳态误差,并引入了状态扩张观测器,来估计系统未知速度信息,同时对干扰和模型参数不确定因素进行实时估计并给予补偿;最后,选取李雅普诺夫函数证明了该控制系统的稳定性。以Quanser公司的Qball2四旋翼飞行器为研究对象和飞行实验平台,对所设计的控制器进行验证。实验结果表明,本文所设计的基于扩张观测器的轨迹跟踪控制器,能够有效地估计轨迹跟踪控制过程中的未知速度信息,解决外界未知干扰和模型参数不确定的问题,增强对环境的适应能力,有效提高了飞行器对未知干扰的鲁棒性和轨迹跟踪控制的精确性。     

四旋翼两栖机器人姿态求解与控制

介绍了一种基于四旋翼驱动的两栖移动机器人。首先简要介绍了该机器人的机械结构与控制及传感系统,并介绍了机器人由四旋翼机构提供动力,并通过对4个旋翼的转动速度和方向进行配置,从而实现在空中飞行或在地面滚动的原理。然后,采用四元数方法对该两栖机器人进行了姿态求解,在此基础上,基于PID算法开发了机器人的飞行控制算法,并进行了相应的仿真。最后通过实验验证了该两栖机器人能够实现预期的两种运动模式,即空中飞行和地面滚动。该机器人提高了传统只具有单一运动模式的移动机器人的环境适应能力。     

双容水箱液位模糊串级控制系统的设计

模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点,可以在线实现PID参数的调整,使控制系统的响应速度快,超调量减少,振荡次数少,具有较强的稳定性。论文先对双容水箱进行数学建模,将模糊控制和PID控制相结合,设计出了双容水箱液位模糊PID串级控制系统。然后参照经验选取了合适的模糊控制规则和隶属度函数,设计了模糊控制器,建立了模糊控制表,供在线模糊控制查询使用。     

WCL调节仪在串级控制中的应用

在介绍WCL-13A调节仪特点和基本规格的基础上,着重介绍了串级控制技术和WCL-13A这种新型调节仪在太阳能电池制造中的扩散炉温度控制等场合的应用案例。     

小型四旋翼飞行器新型非线性PID姿态控制器设计

针对小型四旋翼飞行器姿态控制问题,设计了一种新型非线性PID姿态控制器。针对传统PID的不足,通过引入两个跟踪微分器以及误差反馈的非线性组合构成非线性PID,并结合简化的小型四旋翼飞行器数学模型,提出了一种基于新型非线性PID姿态控制方法。仿真结果表明,所设计的控制器具有较强的鲁棒性、抗干扰性以及良好的滤波性能,系统具有良好的动态和稳态性能。由于保留了传统PID优点,设计简单,对实际工程具有较大的指导价值。     

四旋翼飞行器的模糊自抗扰姿态控制

姿态控制作为四旋翼飞行器飞行控制系统的核心,必须具备一定的综合抗干扰能力.针对四旋翼无人机的姿态解耦性、抗干扰性、鲁棒性等问题,提出一种基于模糊自抗扰的姿态控制策略.该策略通过设计跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性误差反馈控制律,对系统中的外部扰动和内部扰动进行动态补偿,同时在非线性误差反馈模块的基础上融合了模糊逻辑控...     

基于ARM的四旋翼无人飞行器控制系统

为改变传统以单片机为处理器的四旋翼无人飞行器的控制方式,提出了一种基于嵌入式ARM的飞行控制系统的设计和实现方案.详细介绍了控制系统的总体构成以及硬、软件设计方法,包括传感器模块、电机模块、无线通信模块.试验结果表明,该设计结合嵌入式实时操作系统,保证了系统的高可靠性和高实时性,能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的...     

基于PID参数自整定的炉温模糊串级控制系统设计

为解决煤气加热炉由于燃料压力变化和进出料时引起的炉温波动,将模糊串级控制应用到炉温控制系统中.该文分析了加热炉的对象特点和引起炉温波动的因素,介绍了参数自整定模糊PID调节原理,设计了基于组态软件、串级控制和智能仪表的炉温模糊控制系统.实验结果表明:串级控制是解决这类问题的有力工具.该控制系统具有静态精度高、自适应能力...