模糊PID控制無人自轉(zhuǎn)旋翼機飛行姿態(tài)仿真

蘇中濱，章宗鑫，馬晨茗，高 睿

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)電氣與信息學(xué)院，哈爾濱 150030）

自轉(zhuǎn)旋翼機（簡稱旋翼機）以旋翼被動自轉(zhuǎn)提供升力，縱向螺旋槳推/拉產(chǎn)生前進動力。旋翼機具有短距離滑跑起飛、低速著陸、操作靈活、結(jié)構(gòu)簡單和安全性能高等特點。無人旋翼機旋翼通過相對來流作用自轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，載重量大、低空性強、故障率低，適應(yīng)農(nóng)業(yè)航空植保作業(yè)要求，在農(nóng)藥噴灑、低空農(nóng)情監(jiān)測作業(yè)中優(yōu)勢明顯。

飛行控制系統(tǒng)中經(jīng)典PID控制占重要部分，精度高，易實現(xiàn)，但經(jīng)典PID控制在模型非線性和參數(shù)時變性情況下控制效果不佳。載荷變動量超過機體自身重量時，受外界干擾經(jīng)典PID控制系統(tǒng)易產(chǎn)生振蕩，飛行失穩(wěn)。模糊PID控制是通過不斷檢測姿態(tài)角誤差e和誤差變化率ec，根據(jù)模糊控制規(guī)則在線實時對整定PID控制器3個參數(shù)，解決經(jīng)典PID在參數(shù)變化時控制效果不佳問題[1]。因此，模糊PID控制同時具有經(jīng)典PID高精度與模糊控制快速響應(yīng)性和適應(yīng)性。本文為旋翼機姿態(tài)控制采用模糊PID控制，針對該姿態(tài)控制器MATLAB數(shù)字仿真。結(jié)果表明，采用模糊控制姿態(tài)控制器能夠?qū)π頇C姿態(tài)被控對象準(zhǔn)確跟蹤，魯棒性和自適應(yīng)性強。

1 旋翼機機體分析與姿態(tài)模型

1.1 旋翼機機體結(jié)構(gòu)分析

旋翼機結(jié)構(gòu)主要有：無動力旋翼、推力系統(tǒng)，全動垂尾，起落架和控制系統(tǒng)。

旋翼機在發(fā)動機牽引或推動下滑跑或飛行，獲得迎面氣流吹動旋翼旋轉(zhuǎn)獲得升力。旋翼機旋翼槳葉剖面為正迎角，飛行時槳盤平面后傾。……