微型八旋翼飞行器的姿态角回路智能控制

摘要

本文首先分析了微型八旋翼飞行器的飞行机理，通过牛顿力学定律和欧拉方程对微型八旋翼飞行器进行动力学建模，在此基础上设计了经典PID控制、动态逆控制、神经网络自适应逆控制3种不同的姿态角回路控制策略，并通过实验对所设计的控制系统进行验证。结果表明:经典PID控制对于姿态角信号小角度变化时，飞行器能很好地跟踪输入的姿态角命令且基本无稳态误差，当飞行器角度增大时，俯仰通道、滚转通道和偏航通道间的耦合作用和非线性作用增强，控制效果变差;针对此问题，引入了姿态角回路动态逆控制律，设计的动态逆控制器与采用经典PID控制方法相比，微型八旋翼飞行器能很好地跟踪输入的姿态角指令，实现了俯仰、滚转和偏航3个通道间的解耦，并具有较好的动态和稳态特性;但该方法也有其局限性，当系统中存在未建模动态或外部扰动时，单纯地使用动态逆控制器难以达到理想的控制效果，为此引入了神经网络自适应逆控制律，在外界扰动存在的情况下，仍能对此微型飞行器快速准确地跟踪给定信号，与动态逆控制律相比，参数摄动和外界扰动对系统的特性影响很小，实验表明所设计的控制律具有良好的鲁棒特性，有效地抑制了参数摄动和外界扰动的影响。