控制工程論文-多種算法下的四旋翼飛行器高度控制設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-05-14 13:43 本頁面
【正文】 in?? ?sin??cos??) 1????1??? = ??? +(cos??cos??) 1????1 ??? = ?????? (?????????????)+ 1??????2??? = ?????? (?????????????)+ 1??????3??? = ?????? (?????????????)+ 1??????4 （ 1） 其中， x， y， z 分別為相對實(shí)驗(yàn)室參考系而言的三個坐標(biāo)軸上的距離，二階導(dǎo)數(shù)分別為三個坐標(biāo)軸方向上的加速度； ??， ??， ??分別為前述的橫滾角、俯仰角和偏航角； m 是四旋翼飛行器的質(zhì)量； g 是重力加速度； ??1是 ??3軸正方向上的總升力； ?? ??是使機(jī)身產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的力矩； ??4是使飛行器產(chǎn)生偏航角的反扭矩。 ????、 ????、 ????分別是機(jī)體繞運(yùn)動坐標(biāo)系三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動慣量。 ????是每一個電機(jī)產(chǎn)生的向上的升力； d 是機(jī)體質(zhì)心到電機(jī)中心的距離； b 是升力系數(shù)，單位是 ???? ??； k 是阻力矩系數(shù)，單位是??????2。 四旋翼飛行器模型的近似線性化 收稿日期： 2021； 收修訂稿日期： 2021 基金項(xiàng)目 ： 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (61304192， 61273107， 61174060) 2 基于 文獻(xiàn) [8]對 (1)解耦可得 四旋翼飛行器的近似線性化結(jié)果，這一近似線性化 解耦 是基于平衡點(diǎn)鄰域的。近似線性化 解耦 后的飛行器系統(tǒng)模型如下 ： { ??1? = ??2??2? = (??????????)??7 +(??????????)??9??3? = ??4??4? = ?(??????????)??7 +(??????????)??9??5? = ??6??6? = 1????1 ??7? = ??8??8? = 1??????2??9? = ??10??10? = 1??????3??11? = ??12??12? = 1??????4 (2) 其中變量 ?? ?? ??5表示四旋翼飛行器在實(shí)驗(yàn)室 參考坐標(biāo)系中三個坐標(biāo)軸上的位移 ； ?? ?? ??6表示三個坐標(biāo)軸上的線速度 ； ?? ?? ??11表示三個姿態(tài) 角，分別 為橫滾 角，俯仰 角和偏航 角 ；?? ??10 、 ??12表示三個角速度。 根據(jù)近似線性化后的飛行器模型可以看出，近似線性化部分實(shí)現(xiàn)了飛行器狀態(tài)的解耦，飛行器的高度變量與其它變量之間是相互獨(dú)立的，可以進(jìn)行單獨(dú)的控制。 3 四旋翼飛行器的高度控制器設(shè)計(jì) 四旋翼飛行器高度的 PID 控制 四旋翼的 高度子系統(tǒng) ，由（ 2）可描述如下 ： ??6? = 1????1 。??5? = ??6 (3) 其狀態(tài)空間方程為， ????? = ???????? +??????1 (4) 其中 ???? = *??5??6+， ???? = *0 10 0+， ???? = [01??] (5) 按照 PID 控制的標(biāo)準(zhǔn)形式，飛行器向上的總升力 ??1 如下： ??1(??)= ????1??1(??)+????1∫??1(??)???? +????1????1(??)???? (6) 式中： ??1(??)表示 t 時刻控制信號； ????表示比例系數(shù)； ??1(??)表示 t 時刻豎軸方向上實(shí)際位移與期望位移的偏差， ??1(??) =??5?? ???5(??)； ????1表示積分時間，是比例系數(shù)與積分時間常數(shù)之比； ????1
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