基于并聯(lián)PID的四旋翼飛行控制策略設(shè)計(jì)

范云飛　任小洪　袁文林

摘要：基于線性疊加原理，將四旋翼電機(jī)均等效線性拆分，提出使用并聯(lián)PID策略，獨(dú)立計(jì)算各控制量，再線性疊加到四旋翼電機(jī)上進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。其控制策略無需系統(tǒng)建模，原理簡單，適合四旋翼初學(xué)者學(xué)習(xí)，也適用于研究人員參考。實(shí)驗(yàn)顯示，飛行器姿態(tài)調(diào)節(jié)迅速，起降平穩(wěn)，響應(yīng)及時(shí)，具有良好魯棒性。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)PID；平衡控制；飛行器

中圖分類號(hào)：TP249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.04.008

0.引言

四旋翼飛行器，因其特有的復(fù)雜性，曾經(jīng)很難被市場普及，但隨著微機(jī)控制技術(shù)飛速發(fā)展，形形色色的四旋翼飛行器應(yīng)運(yùn)而生。其為多軸飛行器的一種，分別調(diào)節(jié)軸間旋槳轉(zhuǎn)速而控制其各種飛行姿態(tài)。近年來在救災(zāi)、搜救、勘探、測繪方面有著廣泛應(yīng)用，在軍事上也常見到其身影。

目前四軸飛行器的飛控研究較多采用系統(tǒng)建模。如文獻(xiàn)所述，復(fù)雜的機(jī)理分析使入門門檻較高，初學(xué)者不易理解與掌握。本文提出以線性疊加原理為基礎(chǔ)，將飛行器電機(jī)等效拆分，通過對(duì)PID控制增量和位置量進(jìn)行并聯(lián)疊加，再綜合作用于電機(jī)的方法，其控制效果具有一定魯棒性。該控制方法易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)初學(xué)者有一定指導(dǎo)參考意義。

1.并聯(lián)PID控制

1.1什么是并聯(lián)PID

文獻(xiàn)指出只要電機(jī)處于線性狀態(tài)，就可以將電機(jī)虛擬地拆解成多個(gè)不同功能的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它們同軸相連，分別完成不同功能。文獻(xiàn)提出十字飛行模式油門輸出公式。很好地引出了飛行器控制量疊加而滿足多任務(wù)控制思想。據(jù)此，總結(jié)出并聯(lián)PID控制策略。其概念為：在同一系統(tǒng)中，電機(jī)所帶動(dòng)的部件需同時(shí)完成多種任務(wù)，且任務(wù)相互間耦合性較小，此時(shí)可采取并聯(lián)PID控制策略，分別對(duì)不同功能使用PID控制，最后系統(tǒng)通過動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述多種任務(wù)。即多個(gè)PID同時(shí)回路計(jì)算并輸出，其多個(gè)輸出量線性疊加，再統(tǒng)一作用于電機(jī)。