基于一維云模型的四旋翼無人機(jī)智能控制技術(shù)

龔至誠,李 眾

(江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

隨著AI技術(shù)飛速發(fā)展,智能控制技術(shù)在無人汽車、無人飛機(jī)、無人艇等無人系統(tǒng)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。四旋翼無人機(jī)是一種具有四個輸入和六個自由度的欠驅(qū)動飛行器。與經(jīng)典構(gòu)型飛行器相比,四旋翼飛行器通過四只旋翼相互抵消反扭力矩,具有更簡單的控制方式,只需改變四只旋翼的轉(zhuǎn)速即可實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的控制[1]。

四旋翼無人機(jī)具有與經(jīng)典構(gòu)型飛行器相似的控制特點(diǎn),系統(tǒng)不穩(wěn)定,并且具有非線性、欠驅(qū)動、強(qiáng)耦合等特點(diǎn),飛行控制器的設(shè)計追求高品質(zhì)的控制效果,想要實(shí)現(xiàn)精確、穩(wěn)定的飛行控制,是四旋翼控制領(lǐng)域研究中最復(fù)雜的問題之一。四旋翼無人機(jī)的概念提出后,國內(nèi)外眾多學(xué)者嘗試將各種控制算法和技術(shù)應(yīng)用到四旋翼無人機(jī)的飛行控制與設(shè)計中,主要的控制算法有:經(jīng)典PID控制[2-3]、模糊控制[4-6]、LQR控制[7-8]、滑膜控制[9]等,這些控制算法可以有效地提高四旋翼無人機(jī)飛行過程中的穩(wěn)定性,控制系統(tǒng)對于控制信號的響應(yīng)時間也得到優(yōu)化。但是將控制算法應(yīng)用于實(shí)際四旋翼無人機(jī)產(chǎn)品中時,串級PID控制算法仍然是使用最廣泛的控制技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中,串級PID控制器被使用的頻率很高,但由于它的設(shè)計理念是基于懸停平衡點(diǎn)出發(fā)的單輸入單輸出控制,雖然可以完成靜止?fàn)顟B(tài)下要求不高的飛行任務(wù),但在大姿態(tài)、高角速率等快速跟蹤模態(tài)中,由于被控對象的非線性特征對控制系統(tǒng)的影響,無法保證控制系統(tǒng)的大范圍漸進(jìn)穩(wěn)定,會造成控制品質(zhì)下降,無法達(dá)到期望的控制效果。……