[发明专利]一种基于改进的人工蜂群算法的四旋翼PID参数优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器优化控制领域，尤其是一种PID参数优化方法，特别适用于四旋翼飞行器控制方面的问题。

背景技术

近年来，四旋翼飞行器逐渐成为航空学术研究中新的前沿和热点。四旋翼飞行器是一种能实现垂直起降的非共轴式多旋翼飞行器，可以只通过调节蝶形分布的四个旋翼的转速，实现对四旋翼飞行器飞行姿态的控制。由于不需要尾翼，四旋翼飞行器结构更加紧凑，四个旋翼的提升力比单旋翼更加均匀，因而飞行姿态更加稳定。另外，四旋翼飞行器还具有起飞要求低、可悬停等特点。

飞行控制是四旋翼飞行器控制中的关键技术。澳大利亚卧龙岗大学的Mckerrow对四旋翼飞行器进行了精确建模。美国斯坦福大学的Gabe Hoffman等人研发出了基于非线性控制律的飞行控制器，国防科技大学王俊生等设计了基于FSMC的飞行控制方法。目前研究多集中在非线性控制领域，由于非线性控制对模型准确性有较强的依赖，在模型误差存在的条件下，PID控制更加实用。K_p，K_i，K_d这3个参数决定PID控制性能的优劣，它们影响着控制系统的可靠性和鲁棒性。在内外回路控制中，这3个参数之间不是单纯的孤立关系，而是相互影响，变动其中一个参数，会影响其他两个参数的控制作用。传统的PID控制器参数调整多采用试凑方式，这不仅需要熟练的操作技巧和经验，而且往往耗时较长。更重要的是，当被控对象特性发生变化需要控制参数相应变化时，传统PID控制器没有自适应能力，只能依赖人工重新调整。

近年来，随着人工智能的发展，出现了很多智能算法优化PID参数问题。

发明内容

为了克服已有四旋翼PID参数优化方法中精确度不高、耗时较长、无自适应能力、适用性较差的不足，本发明提供了一种精确度较高、耗时较短、自适应能力较好、适用性良好的基于改进的人工蜂群算法的四旋翼PID参数优化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于改进的人工蜂群算法的四旋翼PID参数优化方法，所述优化方法包括以下步骤：

1)建立四旋翼飞行器数学模型：设定四旋翼飞行器机械结构完全对称，在小角度下，设定欧拉角的角速度和机体角速度之间为简单的积分关系，则有：

φ·=ωxθ·=ωyψ·=ωz---(1)]]>

式中，φ,θ,分别为四旋翼飞行器的滚转角，俯仰角以及偏航角；ω_x,ω_y,ω_z分别为x，y，z轴角速度；

把四旋翼飞行器非线性耦合分解成4个独立控制通道，定义系统控制输入量为：