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题名四旋翼无人机的偏航抗饱和与多模式PID控制
被引量：19
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作者
彭程
白越
乔冠宇
宫勋
田彦涛
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机构
吉林大学通信工程学院
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
中国科学院大学
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出处
《机器人》
EI
CSCD
北大核心
2015年第4期415-423,共9页
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基金
国家自然科学基金项目(11372309
61304017)
+1 种基金
吉林省科技发展计划重点项目(20150204074GX)
省院合作科技专项资金项目(2014SYHZ0004)
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文摘
四旋翼无人机偏航运动能力比俯仰、滚转运动能力弱,因此在偏航运动上更容易出现执行器饱和.特别在外界干扰下,偏航常常出现饱和现象,对此从实际工程出发提出了一种多模式PID(MMPID)控制器,抑制偏航饱和,并保证在外界干扰情况下具有较好的偏航控制性能.首先,根据四旋翼无人机的动力学模型,设计了基于MMPID的偏航控制器.MMPID算法具有多模式特性,在满足一定条件时采取退饱和控制策略.其次,利用李亚普诺夫稳定理论证明了基于MMPID的偏航控制系统的稳定性.最后,通过四旋翼无人机偏航仿真实验比较了MMPID与变结构PID算法的抗饱和性能与偏航控制性能,结果表明MMPID算法具有明显的控制性能优越性.并且,通过四旋翼原型机实验验证了MMPID偏航控制器的有效性和鲁棒性.实验结果表明:在室内无干扰情况下,基于MMPID的偏航系统基本无执行器饱和现象,最终偏航角误差收敛到±0.05 rad;在室内加入干扰情况下,执行器退出饱和时间约10 s,偏航角误差收敛到±0.08 rad;在室外,偏航退饱和时间约5 s,偏航误差收敛到±0.13 rad.MMPID控制器有效地抑制了四旋翼无人机偏航运动上的执行器饱和,并可实现准确的偏航姿态控制和强鲁棒性.
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关键词
四旋翼无人机
偏航运动
执行器饱和
抗饱和
多模式pid(mmpid)
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Keywords
quad-rotor UAV
yaw movement
actuator saturation
anti-windup
multi-mode pid （mmpid）
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分类号
TP242
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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