2四旋翼无人机建模及其PID控制律设计-吴成富

4，X2。X，。。TayebiMcGilvray[1]。McKerrowDragantlyer[2]。3：、。：、、、27、、[3]。，。，DI/QFT（/）[4]，，PID，。，。，。1X，M1M4M2M3X，M1M2M3M4Y，1。，2。1），，，；1Fig.1StructurediagramofthequadrotorsPID1，1，2（1.，710065；2.719000）：。，。PID。PID。PID，PID。：；；PID；；；：TP302：A1674－6236（2012）16-0068-03ModelingandPIDcontrolforaquadrotorWUCheng-fu1，LIUXiao-qi1，YUANXu2（1.NationalKeyLaboratoryofSpecialTechnologyonUAV，NWPU，Xi’an710065，China；2.YulinPowerSupplyBureauQingjianBranch，Yulin719000，China）Abstract:ThemodelingandcontrolforaquadrotorUAVarepresentedinthispaper.ThetheoreticandexperimentalmethodsareusedtomodeltheUAV，andthemodelsforthemotorsandtherotorsofthevehiclearedescribedindetail.PIDcontrollawisappliedtothevehicle’smodelforattitudecontrol.，basedonwhich，velocityin3dimensionsisalsocontrolledbyPIDcontroller.Thenthecontrollawisverifiedincaseofgravitycenterexcursion，simulationresultsshowthatPIDcontrollawcaneffectivelycontrolfourrotoruavinthiscase，Finallyinordertofacilitatethecontroljoinedthecontrollogic.Keywords:quadrotor；modeling；PID；control；barycenteroffset；controllogic：2012-06-08：201206062：（Z2012098）：（1961—），，，。：。ElectronicDesignEngineering20Vol.2016No.1620128Aug.2012－68－2），。，，。，，，。1.1：Fb=FxFyFzbbbbbbbbbbbbbbbbbb=m*（Vb+w*Vb）（1）Mb=LMbbbbbbbbbbbbbbbbbbN=I*W+W*（I*W）（2）准θbbbbbbbbbbbbbbbbbbφ=1sinZ*tan准cosZ*tanθ0cos准-sin准0sin准cos准cos准cosθbbbbbbbbbbbbbbbbbbpqbbbbbbbbbbbbbbbbbbr（3）I=Ixx-Ixy-Ixz-IyxIyy-Iyz-Izx-IzyIzzzz，Vb=UbVbWbbbbbbbbbbbbbbbbbbb，W=pqbbbbbbbbbbbbbbbbbbr1.21.2.1Q=KqI（4）V=RaI+Keω（5）JTMω觶=Q-QL（6）（6）（4）：JTMω觶=KqI-QL（7）（7）（5）：JTMω觶=Kq/Ra（V-Keω）-QL（8），JTM，QL，Q，V，I，ω，Kq，RaKe，Kq，Ra，Ke[5]。1.2.2TQ，。（Ω2）T=12ρACTR2Ω2（9）Q=12ρACQR2Ω2（10），CT，CQ、、，ρ，R，A=πR2[6]。2PID2.1PIDPID，PID。，，。2.2PIDPID33.15pid。，，。3.2PID，，，。3PIDFig.3StructurediagramofPIDcontrol4Fig.4Pitchcontrolcurve2Fig.2Structurediagramofthecontrolsystem1PIDTab.1PIDandquaternionscontrolparameterPIDKpKiKd0.30.020.08100.02Vx1000Vy-1000Vz10.10.5，PID－69－《》2012164，。，，。：VxcmdVycmd。：Vxc=Vxcmd*cos（psip）-Vycmd*sin（psip）（11）Vyc=Vxcmd*sin（psip）+Vycmd*cos（psip）（12）：Vxcb=Vxc*cos（psi）+Vyc*sin（psi）（13）Vycb=-Vxc*sin（Psi）+Vyc*cos（psi）（14）。5PID，，，。：[1]TayebiA，McGilvrayS.Attitudestabilizationofafour-rotoraerialrobot[J]．43rdConferenceonDecisionandControl，2005（12）:1216-1221.[2]PhillipM.Modellingthedraganflyerfour-rotorhelicopter[J].Proceedingofthe2004IEEEInternationConferenceonRobotics&Automation，2004（13）:3596-3601.[3].[D].：，2006.[4]，.[J].，2008（16）:485-490.YANGMing-zhi，WANGMin.Designofflightcontrolsystemforafour-rotorminirotorcraft[J].ComputerMeasurement&Control，2008（16）:485-490.[5]HoffmannGM.Quadrotorhelicopterflightdynamicsandcontrol:theoryandexperiment[C]//NavigationandControlConferenceandExhibit，2007:235-255.[6]TommasoBresiciani.Quadrotorbible[D].LundUniversity，2008.[7]，，.[J].，2012（2）:79-82.MABing-bing，ZHAILi-ting，SUNLu.Researchonrandomthrustadjustablecontrollerofrocketengine[J].JournalofRocketPropulsion，2012（2）:79-82.9Fig.9Rollcontrolcurve8Fig.8Pitchcontrolcurve7VyFig.7Vycontrolcurve6VxFig.6Vxcontrolcurve5Fig.5Rollcontrolcurve－70－