基于PID算法的四旋翼飛行控制器設計

楊 蔚，趙雪峰，李 陳，楊生蘭

（1.國網四川省電力公司檢修公司 四川 成都，610000；2.電子科技大學 四川 成都611731）

基于PID算法的四旋翼飛行控制器設計

楊 蔚1，趙雪峰2，李 陳1，楊生蘭1

（1.國網四川省電力公司檢修公司 四川 成都，610000；2.電子科技大學 四川 成都611731）

飛行控制系統很大程度上決定了飛行器的性能。本文主要對四旋翼飛行器的建模和飛行控制算法進行研究。首先根據四旋翼的動力學特性建立其數學模型；然后設計PID姿態控制器和位置控制器分別實現對四旋翼姿態和位置的控制；最后利用MATLAB/simulink工具對算法進行仿真。仿真結果表明，本文設計的PID控制器可以有效地對四旋翼飛行器進行控制。

四旋翼；建模；PID控制；MATLAB仿真

由于四旋翼具有結構簡單，價格低廉，易于維護和制造的特點，使得它成為空中作業的理想工具。它不僅應用于各個行業領域，同時也吸引了國內外大量研究人員對四旋翼飛行器的建模和飛行控制算法進行研究。如澳大利亞國立大學研究的X-4Flyer項目[1]對四旋翼建模后，并設計了SISO的線性控制器實現了對飛行器姿態的控制。美國斯坦福大學的STARMAC工程[2]以X-4Flyer為平臺，設計了滑模控制器實現了飛行器的航點跟蹤功能。瑞士洛桑聯邦科技學院的OS4項目[3]根據運動特性建立了基于歐拉角的數學模型，并設計了反步控制算法[4]、滑模控制算法[5]、PID和LQR控制器[6]對飛行器進行控制，對比了這幾種算法的優劣。文獻[7]中，作者針對多變量非線性的四旋翼數學模型設計了LQR和基于神經網絡的預測控制器兩種控制器，并通過仿真驗證了算法的有效性。……