[发明专利]一种基于PID四旋翼飞行器控制系统的设计方法

摘要

本发明公开了一种基于PID四旋翼飞行器控制系统的设计方法，其方法如为：步骤一、对四种基本飞行姿态进行理论分析；步骤二、推出机体的动力学模型、运动学模型和状态方程模型；步骤三、设计四旋翼飞行器的控制系统；步骤四、针对不同的模型，设计相适应的PID控制通道；步骤五、通过仿真实验结果，验证PID控制算法对机体飞行姿态控制具有更好的适应性和稳定性。本发明的有益效果：更好的反应四旋翼飞行器的飞行机理和空间姿态。简化设计到控制到实现的流程。构建的各仿真模型，精简高效，可直接应用到四旋翼飞行器的实际飞行中。及时调整飞行姿态，提高空中作业的适应性和稳定性，具有较强的抗干扰。

主权项

1.一种基于PID四旋翼飞行器控制系统的设计方法，其特征在于：其方法如下所述：步骤一、分析四旋翼飞行器的飞行机理，基于机体坐标系确立空间运动的六个自由度，并对四种基本飞行姿态进行理论分析；步骤二、建立四旋翼飞行器的数学模型，针对机体飞行机理和姿态，推出机体的动力学模型、运动学模型和状态方程模型；步骤三、设计四旋翼飞行器的控制系统，用PID控制实现机体的位置、速度和姿态三种回路控制，通过实时反馈，控制飞行；步骤四、构建基于PID控制的四旋翼飞行器控制系统仿真模型，在Matlab/Simulink环境中，构建机体动力F1F2F3F4仿真模型、姿态角φθψ仿真模型、以及在坐标系三个方向上的分力FxFyFz仿真模型，并针对不同的模型，设计相适应的PID控制通道；步骤五、根据四旋翼飞行器的实际工作环境，针对在三种不同的工作环境，检验四旋翼飞行器的工作状态，以阶跃控制信号、脉冲干扰力矩和阵风干扰力矩三种不同的输入量下，进行仿真实验，通过示波器观察姿态角的响应曲线，通过仿真实验结果，验证PID控制算法对机体飞行姿态控制具有更好的适应性和稳定性。