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四旋翼飞行器模糊PID姿态控制 被引量：66
1
作者 张镭 李浩 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2014年第8期73-77,共5页
在四旋翼飞行器控制姿态优化问题的研究中,为更好的实现对四旋翼飞行器的姿态控制,在Matlab环境下利用6-DOF运动方程模块搭建了四旋翼飞行器的非线性模型。选取四旋翼飞行器的姿态角作为控制对象,借助Matlab模糊工具箱设计了模糊PID控... 在四旋翼飞行器控制姿态优化问题的研究中,为更好的实现对四旋翼飞行器的姿态控制,在Matlab环境下利用6-DOF运动方程模块搭建了四旋翼飞行器的非线性模型。选取四旋翼飞行器的姿态角作为控制对象,借助Matlab模糊工具箱设计了模糊PID控制器并依据专家经验编辑了相应的模糊规则;同时设计了常规PID控制器并选取了最佳的PID控制参数,对两种控制器控制下的四旋翼飞行器姿态进行了相同条件下的Matlab仿真。仿真结果表明,模糊PID控制器相比常规PID控制器具有更优良的动态性能及鲁棒性。对实际四旋翼飞行器的姿态控制具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 姿态控制 仿真
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四旋翼飞行器悬停状态姿态控制建模与仿真 被引量：27
2
作者 陈航科 张东升 +1 位作者 盛晓超 王凯 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2013年第11期41-45,共5页
对四旋翼飞行器悬停状态下建立合理动力学模型,为实现四旋翼机悬停飞行时可靠姿态优化控制,提出采用四旋翼机悬停状态建模从单个旋翼受力方法,以四个旋翼转速作为控制量,认为悬停飞行时飞行器自身重力与竖直方向升力完全平衡,在竖直方... 对四旋翼飞行器悬停状态下建立合理动力学模型,为实现四旋翼机悬停飞行时可靠姿态优化控制,提出采用四旋翼机悬停状态建模从单个旋翼受力方法,以四个旋翼转速作为控制量,认为悬停飞行时飞行器自身重力与竖直方向升力完全平衡,在竖直方向上施加一个约束方程,结合其它三个姿态角约束方程,建立起四旋翼机悬停状态下姿态角到旋翼转速的对应方程。利用上述模型,在Matlab软件上对四旋翼机进行悬停时的PID控制联合仿真。仿真结果表明,所建立动力学模型正确有效,更有助于实现四旋翼机悬停状态的姿态优化控制。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 悬停飞行 姿态控制 联合仿真
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四旋翼飞行器的设计 被引量：25
3
作者 陈海滨 殳国华 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2013年第3期41-44,共4页
设计了一种四旋翼飞行器的实验系统。电机调速器运用检测反电动势的方法控制三相全桥逆变电路从而调节无刷直流电机的转速。以ARM处理器为主控制器对电机调速器进行控制,从而实现飞行器的平衡和姿态控制。通过四旋翼工作模式的研究,利... 设计了一种四旋翼飞行器的实验系统。电机调速器运用检测反电动势的方法控制三相全桥逆变电路从而调节无刷直流电机的转速。以ARM处理器为主控制器对电机调速器进行控制,从而实现飞行器的平衡和姿态控制。通过四旋翼工作模式的研究,利用加速度传感器和陀螺仪数据进行控制算法设计与研究,实现四旋翼飞行器姿态的控制调节。开发了仿真调试软件系统实时监测传感器的数据和控制量。实验表明,通过合适的控制算法可以四旋翼飞行器的平衡性能和各种飞行姿态,从而为学生提供了新的仿真和实践平台,有利于创新型实验教学任务的顺利开展。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 实时监测平台 电机控制
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基于滤噪微分器的四旋翼飞行器控制 被引量：15
4
作者 宿敬亚 张瑞峰 +1 位作者 王新华 蔡开元 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期827-832,共6页
在飞行器的控制中,角速率反馈可以提高控制系统的动态特性,但速率陀螺价格昂贵,且随运行时间的增加其性能会不断下降.对此本文提出了一种基于滤噪微分器的四旋翼飞行器滑模变结构控制律.该控制律使用的反馈信号仅由角度传感器得到,而无... 在飞行器的控制中,角速率反馈可以提高控制系统的动态特性,但速率陀螺价格昂贵,且随运行时间的增加其性能会不断下降.对此本文提出了一种基于滤噪微分器的四旋翼飞行器滑模变结构控制律.该控制律使用的反馈信号仅由角度传感器得到,而无需角速率传感器.控制律中的角速率信息由王新华等设计的有限时间收敛的微分器得到.本文通过数学证明,给出了当测量信号中含有噪声时该微分器的理论跟踪误差上界.仿真以及对四旋翼飞行器滚转姿态的控制实验验证了微分器的抑制噪声作用和控制算法可行性. 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 微分器 滑模变结构控制
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四旋翼飞行器农田位置信息采集平台设计与实验 被引量：17
5
作者 李继宇 张铁民 +3 位作者 彭孝东 马学东 柯宙志 曾旭升 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期202-206,212,共6页
作为对传统农田信息采集方式的补充,提出了一种基于小型飞行器的采集方式。阐述了四旋翼飞行器的工作原理,并设计了农田信息采集平台,制作出的样机载重为3.5 kg,滞空时间大于20 min。设计了惯性测量系统,在测试翻滚角误差小于0.5°... 作为对传统农田信息采集方式的补充,提出了一种基于小型飞行器的采集方式。阐述了四旋翼飞行器的工作原理,并设计了农田信息采集平台,制作出的样机载重为3.5 kg,滞空时间大于20 min。设计了惯性测量系统,在测试翻滚角误差小于0.5°时确定融合算法权重系数K为12,利用PID闭环控制,实现3 m高度悬停飞行的偏移误差不超过5 m。在平台上搭载Trimble 5700型GPS接收机进行了实时数据采样实验,结果表明人工采样与飞行采样数据误差约为1.4 m,表明该平台具有采集农田位置信息的基本能力。 展开更多
关键词 农田位置信息 四旋翼飞行器 惯性测量系统 飞行采样
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四旋翼飞行器的反步滑模控制 被引量：15
6
作者 刘春玲 宿峰 王巍 《控制工程》 CSCD 北大核心 2019年第1期55-60,共6页
针对四旋翼飞行器控制系统存在的建模不精确、控制精度低和鲁棒性差等问题,提出采用反步滑模控制方法控制四旋翼飞行器的姿态及高度。首先在四旋翼飞行器动力学模型基础上改进了姿态及高度的动力学模型,设计了反步滑模控制器。然后采用S... 针对四旋翼飞行器控制系统存在的建模不精确、控制精度低和鲁棒性差等问题,提出采用反步滑模控制方法控制四旋翼飞行器的姿态及高度。首先在四旋翼飞行器动力学模型基础上改进了姿态及高度的动力学模型,设计了反步滑模控制器。然后采用Simlink对所设计的反步滑模控制器进行仿真,并与PID控制方法进行了仿真对比分析。通过对飞行器轨迹跟踪的研究,可知PID控制与反步滑模控制均可使四旋翼飞行器到达指定位置并保持稳定,但反步滑模控制响应时间更短、稳定性高,具有强鲁棒性,验证了文中所提方法的可行性。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 反步滑模控制 位置控制 姿态角 轨迹跟踪
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四旋翼飞行器自适应滑模控制设计 被引量：14
7
作者 古训 郑亚利 陈雨青 《控制工程》 CSCD 北大核心 2020年第1期138-142,共5页
针对四旋翼飞行器姿态模型建模误差以及外部扰动不确定性的特点,提出了一种基于自适应滑模的非线性控制器。采用参数自适应控制方法逼近系统中的建模误差项,滑模控制方法进一步抵消系统建模误差以及外部不确定扰动项。并采用李雅普诺夫... 针对四旋翼飞行器姿态模型建模误差以及外部扰动不确定性的特点,提出了一种基于自适应滑模的非线性控制器。采用参数自适应控制方法逼近系统中的建模误差项,滑模控制方法进一步抵消系统建模误差以及外部不确定扰动项。并采用李雅普诺夫稳定法证明了所设计的控制器能够实现全局渐近稳定。最后,通过四旋翼姿态飞行实验,验证了文中所提出控制方法的有效性,能够实现小型四旋翼姿态的稳定控制,其抗扰性能优于传统PID控制。 展开更多
关键词 四旋翼 建模误差 外部扰动 自适应滑模
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基于STM32的四旋翼飞行器姿态测量系统设计 被引量：14
8
作者 曹延超 《软件》 2015年第1期104-109,共6页
随着无人飞行器的发展,四旋翼飞行器逐渐受到更多研究者的关注。本文主要提出了一种基于STM32的姿态测量系统设计方案。该姿态测量平台是采用STM32为主控制器的数据采集和计算姿态平台。在本文中,整个系统在STM32上移植μC/OS-Ⅲ操作系... 随着无人飞行器的发展,四旋翼飞行器逐渐受到更多研究者的关注。本文主要提出了一种基于STM32的姿态测量系统设计方案。该姿态测量平台是采用STM32为主控制器的数据采集和计算姿态平台。在本文中,整个系统在STM32上移植μC/OS-Ⅲ操作系统,实现对加速度、角速度、磁阻数据等的采集,采用四元数计算、卡尔曼滤波等实现姿态数据测量,通过无线模块实现数据流的传送。通过无线接收模块,PC端上位机实现姿态获取展示。最后,通过对建立的实验平台的综合实验,验证了本文系统的可行性和有效性,能够实时采集有效的姿态数据。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 姿态测量 STM32 μC/OS-Ⅲ 四元数
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四旋翼飞行器实验平台设计 被引量：13
9
作者 徐杰 祁红岩 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2017年第9期63-65,86,共4页
为培养应用型创新人才,设计了四旋翼飞行器实验平台。该实验平台采用模块化设计,系统主控芯片采用STM32F103,采用MPU6050测量飞行器的姿态,采用GPS测量飞行器的位置,采用串级PID对飞行器进行控制,外环控制飞行器的位置,内环控制飞行器... 为培养应用型创新人才,设计了四旋翼飞行器实验平台。该实验平台采用模块化设计,系统主控芯片采用STM32F103,采用MPU6050测量飞行器的姿态,采用GPS测量飞行器的位置,采用串级PID对飞行器进行控制,外环控制飞行器的位置,内环控制飞行器的姿态,经过Matlab/Simulink仿真可以看出,所设计的控制器可以满足要求。该实验平台应用范围较广泛,不同专业、年级的学生都可以在此实验平台上进行理论知识的验证以及系统的设计开发,取得了良好的教学效果。模块化的设计思想便于学生进行扩展设计,经过实践证明,四旋翼飞行器实验平台有利于培养学生的创新思维和创新能力。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 实验平台 PID控制
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四旋翼机器人运动控制与自适应PID控制算法设计 被引量：13
10
作者 龚兰芳 许伦辉 《机械设计与制造》 北大核心 2018年第12期254-256,共3页
针对四旋翼机器人关键技术进行了深入的研究。首先分析了四旋翼机构特征及其主要的用途。其次,利用了四旋翼的正交的结构特征进行系统设计。再次,根据旋翼机器人的运动特点进行了本体运动控制分析,实现了悬停、前后、水平、俯仰和翻转... 针对四旋翼机器人关键技术进行了深入的研究。首先分析了四旋翼机构特征及其主要的用途。其次,利用了四旋翼的正交的结构特征进行系统设计。再次,根据旋翼机器人的运动特点进行了本体运动控制分析,实现了悬停、前后、水平、俯仰和翻转等运动状态。最后,采用模糊自适应PID控制算法设计了一款位姿控制器,推导出一个非线性动力学仿真模型,用一个PID测试控制器进行仿真,并在真实飞行中成功地测试机器人,达到了一个理想的效果。 展开更多
关键词 四旋翼机器人 运动控制 系统设计 自适应PID控制
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基于单目视觉的四旋翼飞行器目标跟踪算法研究 被引量：12
11
作者 张立国 李晓松 +2 位作者 肖磊 金梅 董浩 《计量学报》 CSCD 北大核心 2018年第3期342-347,共6页
以AR.drone四旋翼飞行器为研究平台,提出一种基于AR.drone前置单目摄像头,并结合卡尔曼滤波跟踪视频中移动目标的方法。将采集得到的RGB图像经过颜色空间转换成对光照变化影响不大的HSV图像;通过Open CV对视频中跟踪目标的图像去噪,对... 以AR.drone四旋翼飞行器为研究平台,提出一种基于AR.drone前置单目摄像头,并结合卡尔曼滤波跟踪视频中移动目标的方法。将采集得到的RGB图像经过颜色空间转换成对光照变化影响不大的HSV图像;通过Open CV对视频中跟踪目标的图像去噪,对轮廓进行检测寻找图像中最大的轮廓目标,并通过卡尔曼滤波对目标位置进行修正;计算四旋翼飞行器的飞行朝向并实现四旋翼飞行器对视频区域里移动目标的跟踪。实验表明,该方法有效地实现了对移动目标跟踪的准确性、稳定性和快速性。 展开更多
关键词 计量学 单目摄像头 四旋翼飞行器 色彩空间转换 卡尔曼滤波 OPENCV 目标跟踪
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四旋翼飞行器的动力学建模与飞行控制 被引量：11
12
作者 历小伟 郭玉英 《自动化与仪器仪表》 2017年第1期130-132,共3页
为了解决四旋翼飞行器姿态控制问题,本文分析了四旋翼的结构特点与飞行原理;在混合坐标系下采用牛顿-欧拉法,建立了四旋翼飞行器的动力学特性方程;设计了抗积分饱和串级PID控制器、姿态反演控制器,并进行了仿真验证与飞行实验。仿真结... 为了解决四旋翼飞行器姿态控制问题,本文分析了四旋翼的结构特点与飞行原理;在混合坐标系下采用牛顿-欧拉法,建立了四旋翼飞行器的动力学特性方程;设计了抗积分饱和串级PID控制器、姿态反演控制器,并进行了仿真验证与飞行实验。仿真结果与实际飞行实验均证明了所设计控制方法的有效性。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 抗积分饱和串级PID MATLAB/SIMULINK仿真 反演控制 飞行控制
原文传递
基于多传感器数据融合的四旋翼飞行器的姿态解算 被引量：11
13
作者 万晓凤 康利平 +1 位作者 余运俊 林伟财 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第19期31-35,共5页
用于农田信息采集的四旋翼飞行器姿态解算过程中,存在姿态角测量不够准确这一难题。选择基于加速度计、电子罗盘与陀螺仪的捷联式惯性测量系统,采用卡尔曼滤波算法,通过融合多个传感器的测量数据,解算出高精度的姿态角。为验证卡尔曼滤... 用于农田信息采集的四旋翼飞行器姿态解算过程中,存在姿态角测量不够准确这一难题。选择基于加速度计、电子罗盘与陀螺仪的捷联式惯性测量系统,采用卡尔曼滤波算法,通过融合多个传感器的测量数据,解算出高精度的姿态角。为验证卡尔曼滤波算法的有效性和实用性,搭建了四旋翼飞行器姿态检测实验平台。结果表明,经卡尔曼滤波算法处理之后的姿态角动态响应好,解算精度高,其最大跟踪误差控制在±1.5°以内,消除了由加速度计或电子罗盘带来的测量白噪声,也有效抑制了陀螺仪的温度漂移,满足四旋翼飞行器对姿态解算精度的要求。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 姿态解算 卡尔曼滤波 数据融合
原文传递
四旋翼飞行器姿态的自适应反演滑模控制研究 被引量：10
14
作者 张建明 邱联奎 刘启亮 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2015年第3期42-47,共6页
微小型四旋翼飞行器是一种欠驱动、强耦合的非线性系统。针对四旋翼飞行器控制中的姿态控制优化进行研究,建立了四旋翼飞行器完整的姿态运动模型,为提高系统响应速度和抗干扰性,在反演控制基础上与自适应和滑模控制方法相结合,根据Lyapu... 微小型四旋翼飞行器是一种欠驱动、强耦合的非线性系统。针对四旋翼飞行器控制中的姿态控制优化进行研究,建立了四旋翼飞行器完整的姿态运动模型,为提高系统响应速度和抗干扰性,在反演控制基础上与自适应和滑模控制方法相结合,根据Lyapunov稳定性进行控制系统设计,并选取合适的控制参数使所设计的控制系统是渐进稳定的,最终设计了一种基于自适应反演滑模算法的姿态控制器。通过计算机仿真软件进行验证,结果表明所设计的控制器与其它算法相比具有更快的响应时间和很强的鲁棒性。 展开更多
关键词 四旋翼 自适应 反演 滑模 姿态控制
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基于STM32单片机四旋翼飞行器建模分析与设计 被引量：10
15
作者 曾宪阳 杨红莉 郁汉琪 《电子技术应用》 北大核心 2016年第12期65-68,共4页
针对四旋翼飞行器稳定性差、控制难的问题,使用牛顿-欧拉方程建立了数学模型,提出了姿态解算的实现方法。设计了以STM32单片机为控制核心,加速度计、陀螺仪及磁力计等组成的硬件控制电路。提出将加速度计解算出的角度数据与陀螺仪解算... 针对四旋翼飞行器稳定性差、控制难的问题,使用牛顿-欧拉方程建立了数学模型,提出了姿态解算的实现方法。设计了以STM32单片机为控制核心,加速度计、陀螺仪及磁力计等组成的硬件控制电路。提出将加速度计解算出的角度数据与陀螺仪解算出的角度数据进行融合,通过卡尔曼滤波滤去干扰信号,保证了角度数据的准确性。设计了三路串级PID控制器,通过对横滚角、俯仰角、偏航角3种姿态角进行控制,实现了对飞行器的悬停、前进、后退、左转、右转等控制。经室内外飞行测试表明,飞行器可以平稳飞行。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 STM32单片机 欧拉方程 数学模型 卡尔曼滤波 PID调节
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四旋翼飞行器串级模糊自适应PID优化控制系统研究 被引量：10
16
作者 盛广润 高国伟 +1 位作者 李璇烨 罗丹 《现代电子技术》 北大核心 2020年第22期67-71,共5页
四旋翼飞行器控制系统具有非线性、耦合性等特性,PID参数的整定会存在一定的难度,而且固定的参数无法适用于四旋翼面临的复杂环境。要实现四旋翼的优化控制需要进行自适应性改进。该文结合PID控制和模糊控制的优点,设计一种非线性化的... 四旋翼飞行器控制系统具有非线性、耦合性等特性,PID参数的整定会存在一定的难度,而且固定的参数无法适用于四旋翼面临的复杂环境。要实现四旋翼的优化控制需要进行自适应性改进。该文结合PID控制和模糊控制的优点,设计一种非线性化的串级模糊自适应PID控制系统,分别在外环角度、内环角速度控制器中加入模糊自适应PID控制器,增强系统的自适应性和准确性。并且针对四旋翼存在高频干扰的特性,提出在角速度模糊自适应PID控制器的微分环节后加入一阶惯性环节,不完全微分提高了微分控制抗干扰能力。通过Matlab仿真实验对比结果表明,所设计方法响应速度快、超调量小,且增强了四旋翼控制的自适应能力和鲁棒性。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 优化控制 自适应PID控制器 微分控制 仿真实验 结果分析
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基于四旋翼飞行器的低空空域智能搜救系统设计 被引量：10
17
作者 吴鸿 冯登超 《国外电子测量技术》 2016年第1期74-79,共6页
传统四旋翼控制系统采用人工遥控控制,在搜救过程中牵扯人员精力太大并且实施飞行条件较高。现旨在缩短救援时间、提高操作便捷性,对四旋翼飞行器的各项性能做出了改进。整个系统采用人工控制模式与自动搜救模式相结合的方式对飞行器进... 传统四旋翼控制系统采用人工遥控控制,在搜救过程中牵扯人员精力太大并且实施飞行条件较高。现旨在缩短救援时间、提高操作便捷性,对四旋翼飞行器的各项性能做出了改进。整个系统采用人工控制模式与自动搜救模式相结合的方式对飞行器进行控制,同时也扩大了四旋翼飞行器在搜救过程中的使用范围。人工控制部分基于STC12C5A60S2单片机进行设计,结合指纹识别传感器、角度传感器、nRF24L01无线传输模块、QQ飞控、摄像头、12864液晶屏等元器件可完成身份认证、手势采集、无线传输、飞行姿态调整、高度调整及回传地理位置检测、环境视频监控信息等功能。自动控制部分基于STC12C5A60S2单片机,结合GPS模块、指纹识别传感器、nRF24L01模块、超声波模块、红外感应模块、QQ飞控、摄像头等。系统最终实现了低空空域自动避障,自动搜人等功能。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 智能搜救 人工控制 低空空域
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可垂直起降、高速前飞的飞行器设计与控制 被引量：9
18
作者 樊鹏辉 王新华 蔡开元 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1171-1177,共7页
本文设计了一种具有垂直起降、悬停和高速前飞能力的飞行器.这种飞行器通过模态转换,既能够实现类似传统四轴飞行器的垂直起降,又能够实现类似固定翼飞行器的高速前飞.同时本文针对这种飞行器设计了模态转换控制律;仿真试验验证了设计... 本文设计了一种具有垂直起降、悬停和高速前飞能力的飞行器.这种飞行器通过模态转换,既能够实现类似传统四轴飞行器的垂直起降,又能够实现类似固定翼飞行器的高速前飞.同时本文针对这种飞行器设计了模态转换控制律;仿真试验验证了设计方案和控制律的有效性. 展开更多
关键词 垂直起降 高速前飞 模态转换 四轴飞行器 固定翼
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基于低空遥感技术的秸秆焚烧监控系统研究 被引量：8
19
作者 张志伟 《湖北农业科学》 2016年第2期481-485,500,共6页
为解决秸秆焚烧监测预警问题,提出了基于低空遥感技术的秸秆焚烧监控实现方案,阐述了无人机技术在遥感监测方面的应用现状和发展趋势,重点研究了秸秆焚烧监测预警系统的设计,采用四旋翼飞行器搭载遥感数据电子系统,实现对云覆盖下秸秆... 为解决秸秆焚烧监测预警问题,提出了基于低空遥感技术的秸秆焚烧监控实现方案,阐述了无人机技术在遥感监测方面的应用现状和发展趋势,重点研究了秸秆焚烧监测预警系统的设计,采用四旋翼飞行器搭载遥感数据电子系统,实现对云覆盖下秸秆焚烧火点的准确判断与定位。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 秸秆焚烧 DSP 数据处理 监控
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基于自适应模糊PID的四旋翼飞行器悬停控制 被引量：7
20
作者 王健 王承龙 +1 位作者 李智 王勇军 《桂林电子科技大学学报》 2016年第5期406-411,共6页
为了解决四旋翼飞行器在悬停飞行过程中控制性能差、鲁棒性差等问题,提出一种基于自适应模糊PID控制方法。根据Newton-Euler方程建立四旋翼飞行器的非线性模型,设计内环为姿态控制,外环为位置控制,并在Matlab环境下设计了该自适应模糊PI... 为了解决四旋翼飞行器在悬停飞行过程中控制性能差、鲁棒性差等问题,提出一种基于自适应模糊PID控制方法。根据Newton-Euler方程建立四旋翼飞行器的非线性模型,设计内环为姿态控制,外环为位置控制,并在Matlab环境下设计了该自适应模糊PID控制器。仿真和实验结果表明,该自适应模糊PID控制器具有较好的响应速度及鲁棒性,能够有效地控制飞行器到达目标位置,并且保持悬停飞行状态,实现了对四旋翼飞行器系统双环控制。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 动力学建模 自适应模糊PID控制 悬停控制
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