基于分数阶PID的四旋翼飞行器控制

为了抑制四旋翼飞行器参数摄动对飞行器带来的不利影响,提出了一种基于分数阶PID(FOPID,记作PIλDμ)的控制方案;该方法通过增加积分阶次λ和微分阶次μ使控制器对被控对象的参数变化具有鲁棒性。仿真和实验结果表明:分数阶PID能够在0.5s内跟踪到俯仰角、滚转角的期望值,且最大超调量为0.4°;在参数摄动的情况下,稳定时间变化0.1s,最大超调量的变化为0.02°,表现了分数阶PID对于参数变化具有鲁棒性。

转速饱和的四旋翼飞行器偏航姿态自抗扰控制

Qball2四旋翼飞行器偏航角的转动由反扭力提供,相较由升力提供动力的俯仰角和滚转角来说更容易出现转速饱和的情况,并且模型具有参数不确定、强耦合、易受外部干扰等特点。针对上述问题采用一种基于误差补偿的线性自抗扰控制(LADRC)算法对偏航姿态进行控制,LADRC算法具有不基于模型、抗扰能力强、参数整定简单等优点。基于误差补偿的抗饱和方案结构简单、灵活度高、抗饱和性能好。仿真和Qball2平台实验结果表明:所设计的控制器能较好地解决偏航角转速饱和的问题,提高了系统的动态性能和稳态性能。

四旋翼飞行器线性自抗扰控制

针对Qball2四旋翼无人飞行器欠驱动、参数不确定、强耦合等特性,采用一种跟踪微分器(TD)与线性自抗扰算法(LADRC)结合的控制方法,LADRC包括线性组合环节(PD)和线性扩张状态观测器(LESO)两个部分。LESO对系统内扰和外扰进行实时观测和动态补偿,从而将复杂的Qball2系统简化为串联积分形式。LADRC参数整定简单,而TD的引入使系统具有良好的快速性和鲁棒性。仿真和Qball2平台实验结果表明,所设计的控制器能满足系统的动态性能和稳态性能要求。