飞行器基于matlab四旋翼飞行器PID控制仿真含Matlab源码 1277期

Posted 2021-09-17 紫极神光

一、四旋翼飞行器简介

0 引 言
四旋翼飞行器由于具有可垂直起降、机动性强、操作方便等诸多优点,在军事和民用场合得到广泛应用,从而成为众多学者的研究热点。四旋翼飞行器是具有四输入、六输出的欠驱动、非线性、强耦合系统。其姿态控制精度和抗干扰问题一直是研究重点。目前国内较普遍的飞行器控制算法主要包括:反步法、自适应控制、H控制、滑模控制、自抗扰控制等,对实现四旋翼飞行器的姿态控制具有重要的理论和实践意义。文献提出应用反步算法为飞行器上下、前后、左右、偏航4个子系统配置控制律,实现了四旋翼飞行器对设定轨迹的精确跟踪。该算法在构造Lyapunov函数的过程中,是以其导数小于零为前提,因此应用受到局限。文献针对传统的离散线性滑模应用于四旋翼飞行器控制具有跟踪误差大、响应速度慢、不能有限时间收敛等问题,提出了干扰观测器补偿的自适应离散终端滑模控制,使响应时间更快、跟踪效果更理想、鲁棒性更强。文献利用线性扩张状态观测器对四旋翼飞行器内部不确定干扰和外部干扰进行实时估计,进而采取线性状态反馈控制对扰动的估计值进行在线补偿,以实现四旋翼飞行器的姿态控制。

1 四旋翼飞行器动力学模型的建立
1. 1 四旋翼飞行器受力分析
对于飞行器的每个旋翼,剖面呈非对称,一旦旋翼旋转,由于上表面空气流速比下表面快,故上表面受到的空气压力小于下表面,上下表面受到的压差形成升力,如图1所示。旋翼1、3逆时针旋转,旋翼2、4顺时针旋转。由叶素动量理论可知,每个旋翼产生的升力Fi与电机转速ωi的平方成正比,即Fi=kFω2i(i=1,2,3,4),其中kF为升力系数。