多旋翼无人机模糊PID姿态控制研究

多旋翼无人机的应用越来越广泛,而面向行业应用领域的多旋翼无人机因其行业任务的标准高,所以对飞行控制的要求也较高。多旋翼无人机因其静不安定的独特飞行方式,一旦发生坠机又无迫降措施的话损失较大。因此行业应用对控制系统的可靠性和稳定性有较高的要求。近年来,一些厂家通过增加多套余度系统的方式提高无人机的可靠性。针对一些使用环境恶劣的军用多旋翼无人机,余度系统针对电子原件和控制链路的稳定性有很好的效果,但对于桨叶脱落,电机损坏等在恶劣环境下容易发生的极端情况并没有很好的适用性。本文希望通过从姿态控制层面上通过增强其系统控制的鲁棒性提高机体的对强干扰和动力损失情况下的适用性。对于多旋翼无人机常用的经典PID控制,本文比较了经典PID和模糊控制的各自优劣,取长补短。选取合适的模糊控制方法建立模糊PID控制器实现对PID参数的在线自整定。实现了控制系统一定的自适应性,并将该种控制方法应用到多旋翼姿态控制中。通过Matlab的Simulink工具搭建了仿真平台,对比了经典PID和模糊PID的控制效果,建立了以六旋翼无人机为模型的姿态控制系统,并对水平姿态控制做了仿真比较。然后对两种控制方式在动力损失模式下的快速回稳进行了仿真研究。从仿真结果分析,模糊PID控制器较经典PID控制器提高了控制精度,抗干扰能力强,在多旋翼无人机动力损失情况下,依然具有优良的控制效果,比经典PID更快恢复稳定,鲁棒性较强,但存在稳态误差,本文根据问题分析,给出了一种改进控制方案,但是该控制方案的实现需要额外的硬件增加了机体重量。