基于并聯(lián)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(lián)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(diào)節(jié)。其控制策略無需系統(tǒng)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(tài)調(diào)節(jié)迅速，起降平穩(wěn)，響應及時，具有良好魯棒性。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)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(jīng)很難被市場普及，但隨著微機控制技術(shù)飛速發(fā)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(diào)節(jié)軸間旋槳轉(zhuǎn)速而控制其各種飛行姿態(tài)。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(tǒng)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(chǔ)，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(lián)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(xiàn)，對初學者有一定指導參考意義。

1.并聯(lián)PID控制

1.1什么是并聯(lián)PID

文獻指出只要電機處于線性狀態(tài)，就可以將電機虛擬地拆解成多個不同功能的驅(qū)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(jù)此，總結(jié)出并聯(lián)PID控制策略。其概念為：在同一系統(tǒng)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(lián)PID控制策略，分別對不同功能使用PID控制，最后系統(tǒng)通過動態(tài)協(xié)調(diào)即可同時實現(xiàn)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(tǒng)一作用于電機。