發(fā)布時間：2021-10-07 03:45

　　由于植保四軸飛行器在高原地區(qū)進行農業(yè)作業(yè)過程中負載不斷減小,加上外界風力較大等因素,其系統(tǒng)穩(wěn)定性會逐漸減弱,干擾較大時很可能會失控。因此,該文設計了由遙控板、飛控板、慣性測量單元以及2.4G無線通信模塊等組成的飛行系統(tǒng),實時解算得到飛行器角速度和角度兩個姿態(tài)參數,將角度參數用于Simulink仿真,比較模糊控制和傳統(tǒng)PID控制的仿真結果可知,采用模糊PID控制算法的系統(tǒng)響應速度明顯加快,超調量趨于0,可實現(xiàn)四軸飛行器的穩(wěn)定飛行。 

【文章來源】：自動化與儀表. 2020,35(08)

【文章頁數】：5 頁

【部分圖文】：

四軸飛行器的結構

設計的系統(tǒng)由MPU6050運動傳感器、2.4G無線通信模塊、遙控板和飛控板等組成[6]。飛行器的工作原理如圖2所示。當系統(tǒng)內外部因素發(fā)生改變時，四軸飛行器的穩(wěn)定性將會減弱，MPU6050傳感器會將檢測到的干擾信號傳給飛控板，然后數據被2.4G無線通信模塊接收后發(fā)給遙控板，此時需手動操作4向搖桿來控制飛行器姿態(tài)，當飛行器穩(wěn)定后，遙控板會將處理后的信號通過2.4G無線通信模塊傳給飛控板，四軸飛行器接收到信號后，電機轉速會迅速得到調整以保持自身姿態(tài)穩(wěn)定。2 四軸飛行器力學模型研究

在該系統(tǒng)中，通過IMU實時解算的姿態(tài)參考系數與理想參考系數的偏差，參照飛行器實時狀態(tài)，輸出合適的電機轉速，實現(xiàn)飛行器的穩(wěn)定飛行[9]。根據PID控制原理，采用方波信號作為輸入角度，搭建起四軸飛行器俯仰方向的PID控制模型如圖3所示。圖3中PID控制器會由輸入的角度偏差對應輸出相應的電機轉速，增益K主要取決于系統(tǒng)自身負載和電機初始轉速ω0。為了使仿真系統(tǒng)超調量不超過響應信號最大值，系統(tǒng)上升時間不超過2 s。系統(tǒng)PID參數受飛行器自身負載的影響，K取不同值時，系統(tǒng)受到的擾動也不同，通過不斷調節(jié)PID的控制參數，可以發(fā)現(xiàn)PID各系數集中在如下范圍內：5≤kp≤7,1≤kd≤3,ki≤0.3，如果在該范圍之外，就無法得到理想的仿真效果。選取幾組PID參數為kp=6,ki=0.05,kd=1及3，方波幅值為20。由于四軸飛行器在農業(yè)作業(yè)過程中自身負載會不斷減�。碖值改變），若系統(tǒng)負載也在1、3之間轉換，仿真時間設為20 s，則系統(tǒng)響應曲線如圖4所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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[6]植保四軸飛行器的模糊PID控制[J]. 劉浩蓬,龍長江,萬鵬,王曉誼,胡奔.  農業(yè)工程學報. 2015(01)
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[8]可垂直起降、高速前飛的飛行器設計與控制[J]. 樊鵬輝,王新華,蔡開元.  控制理論與應用. 2010(09)

碩士論文
[1]四旋翼無人機模糊PID姿態(tài)控制研究[D]. 付巖果.浙江海洋大學 2019
[2]基于串級PID控制算法的四旋翼無人機控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D]. 烏仁別麗克.東華大學 2016



本文編號：3421298