多旋翼無人機飛行控制自動調參技術

宋明武

摘要：本文首先分析了多旋翼無人機飛行控制自動調參飛行模式，對自動調參算法和建立目標函數等模式進行了詳細的闡述，然后對多旋翼無人機飛行控制自動調參仿真模型設計工作相關流程進行了全面總結，旨在為多旋翼無人機的穩定飛行提供技術支撐。

關鍵詞：多旋翼無人機；飛行控制；自動調參技術

一、多旋翼無人機飛行控制自動調參飛行模式

無人機在飛行的過程中，要想飛機控制系統在變化之后，能夠利用控制器自動參數的改變實現飛行工作達到最優，這就需要利用需要利用控制器實現控制器參數和系統響應性能之間的關系開展工作。需要實現無人機的自動優化技術的應用，目標和約束條件是無人機調參的主要參考，無人機的飛行自動調參技術既要保證飛行穩定，又需要考慮飛行的效果，保障在約束條件下，實現無人機飛行系統能夠達到最優目標。

（一）自動調參算法

在目前的多旋翼無人機飛行控制自動調參算法主要有粒子群算法、模糊算法以及神經網絡算法，其中在目前的算法中最常用的算法是粒子群算法。粒子群算法在算法上待調參數較少、算法結構簡單易操作以及收斂的速度比較快，這種算法在最開始的時候是利用一群粒子，利用迭代找出最優解法，在其中，優化問題的可行解是每一個粒子，等待優化的參數變量是粒子中的坐標，同時粒子中的坐標主要是指控制器中需要進行調控的參數。在其中，會利用粒子的適應度來判斷一個粒子的好壞程度。粒子在可行解空間中飛行的距離和方向主要是由速度決定的，粒子在每一次的迭代優化中會進行飛行速度和方向的更新，粒子本身中尋找的極值就是最優解，也叫做個體極值。

（二）建立目標函數

目標函數的建立主要是根據好約束條件和適應度函數，保障系統性能在各個方面都呈現最優的原則，但是在目前的技術中，因為系統會受到其他系統性能的影響，因此最優化的系統原則并不能全面實現。非線性多耦合系統是無人機主要采用的系統，采取的操作屬于橫向操作，同時無人機的側向速度和偏航角速度會在滾轉角速率的影響下有所變化，因此無人機系統并不能全方位的實現優化原則。這時就需要利用綜合性能指標來保障系統最優化的云澤，在目前的技術中，系統偏差度是評價系統綜合性能的最主要指標。

多旋翼無人機飛行控制自動調參仿真模型

（一）控制器的設計

在無人機的設計中，一般是利用PID控制器，操作比較簡單，具有較強的可行性。

（二）自動調參模型

無人機的轉速和轉矩飛行器是主要是指標，軸對稱的分布情況是飛行器主要采用的變距和變轉速四旋翼飛行器，機身兩邊分別是電機和旋翼組建分別成對稱分布，并且旋翼和電機在機身的左右兩半差不多處于同一水平面，機身中心主要繼續擰電源、飛行控制器等機載設備的安裝工作，旋翼總距大小調節是依靠電機的轉速實現，同時電機的轉速也會影響到無人機的飛行方向和位置。

無人機的非線性動力學建模實現主要是依靠變距和變轉速來實現，在這個建模過程中，主要采取的建模方程有：

在上述的式子中，U代表操縱量，X代表狀態量，實現自動調參仿真模型的建立，在Matlab/Simulink仿真環境中，無人機的變距和變轉速模型建立如圖4所示：

在上述模型構建中，機身氣動力模型、6自由度方程模型、旋翼氣動力模型以及外部環境模型等都是模型的主要組成部分。在這種迷信建構的基礎上，利用輸入模塊實現控制器的設計，如圖5所示：

二、總結

綜上所述，多旋翼無人機飛行控制自動調參技術在無人機的飛行控制保障機制中具有重要的意義，要想保證無人機能夠在發生問題的情況下，利用自動控制系統實現無人機的正常飛行，同時保障無人機的飛行達到最優狀態。尋找最優調控參數是自動調參技術主要進行的工作內容，也是保障多旋翼無人機的達到最佳的飛行狀態，在Matlab/Simulink的編程和仿真平臺中，被控模型具有結構簡單，已修改的特點，在繼續擰自動調參技術設計的過程中，需要加強對相關技術的研究與應用，為無人機飛行的最佳狀態實現打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]朱球輝.多旋翼無人機的嵌入式自主飛行控制系統設計的研究[J].電子測試，2017，（4）：17-18.

[2]明志舒，黃鵬，劉志強，等.多旋翼無人機飛行控制系統設計與實現研究[J].科技資訊，2017，（29）：57，59.

[3]陳杰敏，吳發林，耿澄浩，等.四旋翼無人機一致性編隊飛行控制方法[J].航空兵器，2017，（6）：25-31.

[4]梅武軍，伍家成，楊揚戩，等.基于ROS系統的多旋翼自主飛行控制系統[J].電子科技，2017，（7）：106-109.