【正文】 ID控制中，最關(guān)鍵的是比例系數(shù)，積分系數(shù)和微分系數(shù)的整定，本項目使用的是工程整定法，就是直接在控制系統(tǒng)中進行實驗，對參數(shù)進行調(diào)整，試飛測試。首先整定的是比例參數(shù)Kp，通過調(diào)節(jié)比例系數(shù)的值，使系統(tǒng)達到相對較好的狀態(tài)；再調(diào)整積分參數(shù)Ki，由試飛可以看出，沒有I的控制，飛行器的預(yù)設(shè)高度和自動控制下的高度有一個偏差，為了消除這個偏差，增加了積分系數(shù)。最后調(diào)節(jié)微分控制Kd，增加微分系數(shù)使得系統(tǒng)更快的到達穩(wěn)態(tài)。PID調(diào)節(jié)參數(shù)通過測量飛行器高度的變化過程可以看出參數(shù)的整定優(yōu)良，一條折線變化很大，此PID參數(shù)的整定值不太合適，通過不斷的實驗調(diào)參，得到了另一條相對平穩(wěn)的這線，此時的PID參數(shù)比較合適，能夠使飛行器達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)。 不同的PID參數(shù)整定對應(yīng)飛行器高度變化 程序調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法程序調(diào)試時在讀取超聲波傳感器高度數(shù)據(jù)時會出現(xiàn)高度跳動非常大的問題，當(dāng)沒有電機轉(zhuǎn)動時，超聲波傳感器的高度數(shù)據(jù)平穩(wěn)而且準(zhǔn)確，當(dāng)電機參與轉(zhuǎn)動時，超聲波的數(shù)據(jù)在串口顯示中就會出現(xiàn)強烈的跳動。當(dāng)油門關(guān)閉時，四旋翼飛行器放置在固定的高度位置。當(dāng)有油門時，飛行器放置在同一高度，此時接收到的高度數(shù)據(jù)與實際高度完全不相符，所以無法取得定高時的實際高度。為了解決此問題，測試結(jié)果顯示電機的噪聲和機架的強烈震動會影響超聲波的數(shù)據(jù)信號，所以將超聲波傳感器放置離電機距離相對較遠的位置，并且加以減震，此時超聲波傳感器的信息數(shù)據(jù)就趨于平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)大幅度震顫的情況。 四旋翼飛行器高度自主控制系統(tǒng)此飛行器自動定高系統(tǒng)的優(yōu)點：對自動定高選用了arduino控制板進行嵌入飛控與接收機作為油門的控制，簡單有效的實現(xiàn)飛行器的手動自動切換和自動定高的實現(xiàn)功能?？梢圆恍枰ǚ浅６嗟臅r間去解讀飛控里繁瑣復(fù)雜的代碼就能夠拓展增加其他飛行功能。利用超聲波模塊來檢測高度，由于超聲波模塊測量精度高，距離大，并且有測量角度范圍。所以在飛行器姿態(tài)變化時，飛行器輕微的傾斜導(dǎo)致超聲波無法與地面垂直并不會影響到測量的結(jié)果；超聲波測量相對距離，所以可以在有地形變化的情況下，實現(xiàn)地形定高。飛行器控制系統(tǒng)的不足：由于選用了控制板的嵌入，油門通道的信號無法第一時間傳送給飛控，在控制器中進行了有一次的運算，導(dǎo)致在控制飛行器時會有一定的延時，而精度也會受到相對的影響。超聲波在精度上很高，但是超聲波模塊受環(huán)境的影響，在溫度和周圍設(shè)備的干擾嚴重，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。由于沒有給予超聲波傳感器在飛行器姿態(tài)上的補償，而超聲波傳感器測量的是與地面的垂直距離，所以在飛行器偏轉(zhuǎn)角度極大時，超聲波傳感器測量的高度數(shù)據(jù)將不準(zhǔn)確，所以飛行器只能進行較小的偏轉(zhuǎn)。結(jié) 論本課題針對四旋翼飛行器設(shè)計了飛行器自動定高的控制系統(tǒng)，完成對四旋翼飛行器的硬件系統(tǒng)選型設(shè)計，軟件系統(tǒng)設(shè)計和相關(guān)飛行器的測試任務(wù)。本課題的四旋翼控制系統(tǒng)主要選用了CC3D飛行控制器，具有基本的飛行器自穩(wěn)功能，基于Arduino編程環(huán)境的arduino2560控制器和HCSR04超聲波傳感器。通過超聲波傳感器作為高度測量裝置，控制板嵌入飛控與接收機之間，通過手動自動模式切換實現(xiàn)油門的手動控制與自主定高控制?？刂瓢遄鳛楦叨瓤刂频闹骺叵到y(tǒng)，通過讀取超聲波傳感器的高度信號，進而改變輸出油門的大小，來控制飛行器的油門變化，實現(xiàn)高度自主控制的功能。該系統(tǒng)可以在一定的高度內(nèi)對飛行器實現(xiàn)高度的自主控制，使飛行器在不同的路面或者傾斜地面上進行相對高度位置確定的自主控制。四旋翼飛行器定高系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，通過設(shè)計手動模式和自動模式可以實現(xiàn)飛行器油門的手動控制和自動定高控制的功能，使用PID算法來控制油門的輸出量大小，可以使飛行器在偏離預(yù)定高度時，以極快的速度到達預(yù)定高度，并使飛行器穩(wěn)定于預(yù)設(shè)高度上。定高的實現(xiàn)主要由超聲波高度信號的讀取和油門信號的輸出，最終通過整定PID算法中三個參數(shù)使飛行器在高度上達到相對穩(wěn)定的定高。設(shè)計主要基于超聲波檢測濾波和PID算法控制油門PWM的飛行器高度控制系統(tǒng)。通過工程整定法調(diào)節(jié)PID參數(shù)，經(jīng)過了大量的實驗測試和參數(shù)調(diào)試證明了此自動定高控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對四旋翼飛行器的高度自主控制，完成了設(shè)計任務(wù)，并實現(xiàn)了預(yù)期的結(jié)果。對四旋翼飛行器自動定高系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)是一個漫長，復(fù)雜的過程，需要很長時間的調(diào)試實驗，并且還受到資金，空間和硬件條件限制，未能夠更深入的探索研究，在控制系統(tǒng)中還需要很多方面加以完善。四旋翼使用的超聲波傳感器受到四旋翼姿態(tài)偏轉(zhuǎn)的限制，無法在大角度偏轉(zhuǎn)時完成定高功能，因此，下一步還需要跟飛行控制器中的姿態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合，補償飛行器在姿態(tài)偏轉(zhuǎn)中造成的誤差損失。超聲波傳感器受到外界硬件的噪聲干擾嚴重，需要對器進行更好的濾波，實現(xiàn)精準(zhǔn)穩(wěn)定的傳輸高度數(shù)據(jù)。此飛行器自動定高系統(tǒng)的優(yōu)點：對自動定高選用了arduino控制板進行嵌入飛控與接收機作為油門的控制，有效的實現(xiàn)飛行器的手動自動切換和自動定高的實現(xiàn)功能，并通過控制板調(diào)節(jié)油門輸出進而控制飛行器高度?？刂瓢遄鳛楦叨瓤刂葡到y(tǒng)，飛控作為姿態(tài)控制系統(tǒng)，對飛行器的飛行路線姿態(tài)進行改變，控制板作為拓展系統(tǒng)使飛行器的飛行功能更加完善。利用超聲波模塊來檢測高度，由于超聲波模塊測量精度高，距離大，并且有測量角度范圍。所以在飛行器姿態(tài)變化時，飛行器輕微的傾斜導(dǎo)致超聲波無法與地面垂直并不會影響到測量的結(jié)果；超聲波測量相對距離，所以可以在有地形變化的情況下，實現(xiàn)地形定高。飛行器控制系統(tǒng)的不足：由于選用了控制板的嵌入，油門通道的信號無法第一時間傳送給飛控，在控制器中進行了有一次的運算，導(dǎo)致在控制飛行器時會有一定的延時，而精度也會受到相對的影響。超聲波在精度上很高，但是超聲波模塊受環(huán)境的影響，在溫度和周圍設(shè)備的干擾嚴重，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。由于沒有給予超聲波傳感器在飛行器姿態(tài)上的補償，而超聲波傳感器測量的是與地面的垂直距離，所以在飛行器偏轉(zhuǎn)角度極大時，超聲波傳感器測量的高度數(shù)據(jù)將不準(zhǔn)確，所以飛行器只能進行較小的偏轉(zhuǎn)。致 謝四年的大學(xué)生涯轉(zhuǎn)瞬即逝，大學(xué)讀書生活即將結(jié)束，馬上就要步入社會，這四年的刻苦學(xué)習(xí)，老師們的諄諄教導(dǎo)，使我在未來的事業(yè)道路上有了一定的基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計和論文的考驗也使我對未來的道路充滿了挑戰(zhàn)和憧憬。在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了難關(guān)。尤其要強烈感謝我的指導(dǎo)老師張東波老師，在我對設(shè)計和論文感到強大的壓力和許多的未知時，您對我進行了無私的指導(dǎo)和幫助。每次我提出的問題都能細心的解答并且提出許多修改的意見，還有我許多沒有注意到的細節(jié)問題，使我的論文一步一步的完善，內(nèi)容更加豐富和專業(yè)。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最忠心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。參考文獻[1]Vaibhav Ghadiok Jeremy Goldin Wei Ren. On the design and development of attitude stabilization,visionbased navigation, and aerial gripping for a lowcost Quadrotor[D]. Auton Robot,2012:4158.[2]王勇軍. 四旋翼飛行器的工作原理與系統(tǒng)設(shè)計[N]. 桂林航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2015:03.[3] 馬丁[M]．航空工業(yè)出版社,2007:528.[4] Fahlstrom P G．無人機系統(tǒng)導(dǎo)論[M]．吳漢平譯．北京:電子工業(yè)出版社，2003:7987.[5]劉曉杰,趙曉暉,顧海軍．微小型四旋翼無人機實時嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，2009（5）:2940.[6]楊慶華，[N].海軍工程學(xué)院學(xué)報,2009: 05.[7]李秀英，[N]. 吉林大學(xué)學(xué)報信息科學(xué)版，2011:05.[8]劉峰，呂強，王國勝，[J].計算機測量與控制，2007,15 (2):1923.[9]邱曉紅，[J].航空科學(xué)技術(shù)，2000:01.[10]Scott .A Small Semiautonomous Rotarywing Unmanned Air Vehicle[D].University of Pennsylvania,2005:1829.[11]ALTUG based control of unmanned aerial vehicles with applications to autonomous four rotor helicopter quadrotor[D]. University of Pennsylvania,2003:512. 30