基于并聯PID的四旋翼飛行控制策略設計

范云飛　任小洪　袁文林

摘要：基于線性疊加原理，將四旋翼電機均等效線性拆分，提出使用并聯PID策略，獨立計算各控制量，再線性疊加到四旋翼電機上進行智能調節。其控制策略無需系統建模，原理簡單，適合四旋翼初學者學習，也適用于研究人員參考。實驗顯示，飛行器姿態調節迅速，起降平穩，響應及時，具有良好魯棒性。

關鍵詞：并聯PID；平衡控制；飛行器

中圖分類號：TP249 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.04.008

0.引言

四旋翼飛行器，因其特有的復雜性，曾經很難被市場普及，但隨著微機控制技術飛速發展，形形色色的四旋翼飛行器應運而生。其為多軸飛行器的一種，分別調節軸間旋槳轉速而控制其各種飛行姿態。近年來在救災、搜救、勘探、測繪方面有著廣泛應用，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建模。如文獻所述，復雜的機理分析使入門門檻較高，初學者不易理解與掌握。本文提出以線性疊加原理為基礎，將飛行器電機等效拆分，通過對PID控制增量和位置量進行并聯疊加，再綜合作用于電機的方法，其控制效果具有一定魯棒性。該控制方法易于實現，對初學者有一定指導參考意義。

1.并聯PID控制

1.1什么是并聯PID

文獻指出只要電機處于線性狀態，就可以將電機虛擬地拆解成多個不同功能的驅動電機，它們同軸相連，分別完成不同功能。文獻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控制思想。據此，總結出并聯PID控制策略。其概念為：在同一系統中，電機所帶動的部件需同時完成多種任務，且任務相互間耦合性較小，此時可采取并聯PID控制策略，分別對不同功能使用PID控制，最后系統通過動態協調即可同時實現上述多種任務。即多個PID同時回路計算并輸出，其多個輸出量線性疊加，再統一作用于電機。