四旋翼無人機(jī)飛行控制算法綜述

徐校竹，李博威，鄒沛萱

（1.鞍山市第八中學(xué)，遼寧鞍山，114031；2. 北京交通大學(xué)附屬中學(xué)，北京，100081)

1 四旋翼無人機(jī)簡介

無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle UAV）是通過遠(yuǎn)程控制或機(jī)載程序控制的不載人類飛行員的無人駕駛飛機(jī)。與載人飛機(jī)相比，其最大的優(yōu)勢在于成本低廉、能夠完成不適合人類接觸的危險任務(wù)等方面?，F(xiàn)階段的無人機(jī)主要被應(yīng)用于軍、民兩個方面，其中民用領(lǐng)域諸如航拍、搶險救災(zāi)等用途占據(jù)了無人機(jī)市場的半壁江山，這些廣大需求也進(jìn)一步促進(jìn)了無人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展[1]。

無人機(jī)按照飛行平臺不同無人機(jī)可以分為：固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)、無人飛艇、無人旋翼機(jī)等。其中，四旋翼無人機(jī)依靠其體型偏小、折疊性好、起降方便、可懸停、操控簡單、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)從眾多無人機(jī)中脫穎而出成為當(dāng)前應(yīng)用領(lǐng)域的主力軍，圖1為Xaircraft-650四旋翼無人機(jī)實(shí)物圖。

圖1 四旋翼無人機(jī)的實(shí)物圖

圖2展示了四旋翼無人機(jī)良好的對稱結(jié)構(gòu)，其機(jī)體呈“十”字交叉狀，四個旋翼剛性固連在“十”字的四個端點(diǎn)上。它的這種結(jié)構(gòu)能夠通過對稱旋翼產(chǎn)生的方向相反的反扭矩來避免機(jī)體自轉(zhuǎn)，從而使分析簡單、控制簡便。

圖2 旋翼無人機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)

通常，上圖中的四個旋翼的旋轉(zhuǎn)方向為旋翼1、3順時針轉(zhuǎn)動，旋翼2、4逆時針轉(zhuǎn)動，四個旋翼的不同轉(zhuǎn)速情況可以令無人機(jī)做出俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)、垂直升降等基本動作，具體旋翼速度的控制方法如表1所示[2]。然而，這樣的結(jié)構(gòu)也令四旋翼無人機(jī)呈現(xiàn)出了欠驅(qū)動、耦合性強(qiáng)、非線性等復(fù)雜特性，其飛行控制也因此存在建模困難、通道耦合、對干擾敏感等難點(diǎn)?！?br>