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)(已修改)
2025-06-19 13:43 本頁(yè)面
【正文】 1 多種算法下的四旋翼飛行器高度控制設(shè)計(jì) 鄒存 名 1，岳偉 2，郭戈 2，姚婷婷 2 1（ 大連科技學(xué)院 ，遼寧 大連 116052） 2(大連海事大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 , 遼寧 大連 116026) 摘 要 ： 針對(duì)四旋翼飛行器高度控制這一重要課題，建立一般的高度耦合的非線性動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)近似線性化方法得到解耦后的線性化模型，基于該模型分別采用 PID、極點(diǎn)配置和線性二次型最優(yōu)法三種方法設(shè)計(jì)飛行器高度控制算法，實(shí)現(xiàn)了飛行器快速、穩(wěn)定達(dá)到期望高度。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析和比較，驗(yàn)證個(gè)了各個(gè)算法的有效性 。 關(guān) 鍵 詞 ： 四旋翼飛行器 ， 近似線性化 ， PID控制 ， 極點(diǎn)配置 ， 線性二次型最優(yōu)控制 中圖分類(lèi)號(hào) ： TP 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： A Altitude Control of Quadrotor Based on MultiAlgorithm ZOU Cunming, YUE Wei, GUO Ge, YAO TingTing 1(Dalian Institute of Science and Technology, Dalian 116052, China) 2(Information Science and Technology, Da Lian Maritime University, Dalian 116026, China) Abstract: The important issue of modelling and control of quadrotor altitude is investigated. First, a highly nonlinear dynamics model is decoupled by using approximate linearization method. On the basis of this model, a PID controller, pole assignment method and linear quadratic regulator are designed. Simulations results show the effectiveness of the proposed methods. Key words: Quadrotor。 Approximate linearization。 PID Control。 Pole Assignment。 Linear Quadratic Regulator 1 引 言 四旋翼飛行器具有體積小、重量輕、功耗低、容錯(cuò)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其諸多優(yōu)點(diǎn)使四旋翼飛行器得到了廣泛的應(yīng)用。到了 21 世紀(jì)，微電子技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，為四旋翼飛行器更加廣泛的應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) [12]。四旋翼飛行器的諸多優(yōu)點(diǎn)使得它成為一大研究熱點(diǎn)，極大的吸引了越來(lái)越多的研究者的目光。國(guó)外對(duì)四旋翼飛行器的研究目前要領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)，已經(jīng)有較為成熟的例子，其中美國(guó)的賓夕法尼亞大學(xué)、美國(guó)斯坦福大學(xué)、美國(guó)佐治亞理工大學(xué)和瑞士洛桑聯(lián)邦科技學(xué)院是較為典型的研究單位 [35]。 本文首先將高度非線性的四旋翼飛行器模型近似線性化，并以此模型為基礎(chǔ)，對(duì)線性化后的系統(tǒng)采用多種線性方法進(jìn)行飛行器的高度控制，并通過(guò)Simulink 仿真驗(yàn)證了近似線性化后 PID 控制、極點(diǎn)配置方法、線性二次型最優(yōu)控制方法對(duì)四旋翼飛行器高度控制的有效性，并通過(guò)分析比較得出各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 2 四旋翼飛行器高度控制問(wèn)題描述 飛行器動(dòng)態(tài)模型 四旋翼飛行器的飛行包括兩個(gè)部分：平移和轉(zhuǎn)動(dòng)。現(xiàn)有文獻(xiàn)中飛行器的模型就是根據(jù)它的運(yùn)動(dòng)建立的。礙于篇幅，這里不詳細(xì)介紹四旋翼飛行器的工作原理，給出以下較為通用的模型 [67]。 { ??? = (cos??sin??cos?? +sin??sin??)1????1??? = (cos??sin??s
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