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1、四旋翼控制器设计方法,一.四旋翼飞行器控制系统关键技术,1.惯性导航技术 惯性导航系统利用惯性测量单元测量载体的运动直线加速度、角速度。通常由惯性测量单元IMU，计算机、控制显示单元组成。 基本原理：以牛顿力学定律作为理论基础，利用陀螺仪建立空间坐标基准(导航坐标系)，利用加速度计测量载体的运动加速度，将运动加速度转化到导航坐标系后，经过两次积分运算，最终确定出载体的位置和速度等运动参数。,平台式惯性导航系统,捷联式惯性导航系统,2.主要的控制方法：,1）PID控制2）线性二次型最优控制(LQR)3）模糊控制4）反步(Backstepping)控制法5）自适应神经网络控制,二 .PID控制方法
2、,PID (Proportion Integration Differentiation)比例-积分-微分控制是一种经典的控制方法,PID控制是-种线性控制率。自二十世纪40年代提出来,PID控制理论始终在控制工程实际应用中处于统治地位,在运动控制、工业过程控制、航空航天控制等领域中的应用占有率在百分之八十以上。使用比例-积分-微分控制对系统进行控制时,不需要被控系统的精确模型,通过合理的整定PID控制器的参数,能够使系统稳点在期望值,但是在欠驱动系统中,PID控制器不能保证误差的一致渐进收敛。,PID控制,在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称P
3、ID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象“一阶滞后纯滞后”与“二阶滞后纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI,PD、）。,PID控制,PID是比例、积分、微分的缩写，将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进行控制，这样的控制器称PID控制器。PID算法控制原理,在PID控制系统中,将给定值K/)与被控对象的输出的差值称为偏差:
4、e(t) = r(t) - c(t)对偏差进行比例放大、积分和微分后进行线性求和后的y(t)作为PID控制器的输出对被控对象进行控制,PID控制器的数学表达式为:通过调节比例项P的系数、积分项I的系数和微分项D的系数就可以调整系统的性能。,数字PID控制器,因使用计算机对系统进行控制，不能像传统的模拟电路一样获得连续的状态信号,因而采用数字控制器，系统框图如下图所示,数字式PID控制器有两种形式，分为数字PID位置型控制算法和数字PID增量型控制算法。数字PID位置型控制算法表达式为：u(k)是第k次采样时刻计算机计算的PID控制器输出值，e(k)是第k次采样时刻控制器输入的误差数字PID增量
5、式控制算法是在位置式控制算法公式的基础上推算而来，其表达式为：式中，,姿态控制器采用串级PID控制方法，内回路为角速度控制回路，外回路为角度控制回路。如图4所示，其中 是 三个欧拉角的参考值， 和 分别是欧拉角的角度和角速度的测量值， 是外环PID控制器的输出值， 是内环PID控制器的输出值。,PID控制仿真实验1)纯P调节纯P调节（Kp大，稳态误差小，响应快，但超调大）,PI调节PI调节（Ti小，响应速度加快，超调大，系统振荡加剧；在同样积分常数Ti下，减小比例增益Kp可减小超调，增加系统的稳定性）,PD调节PD调节（引入微分项，提高了响应速度，增加了系统的稳定性但不能消除系统的余差；微分时间越大，微分作用越强，响应速度越快，系统越稳定）,PID调节,PID调节（PD基础上I作用的引入消除了余差，达到了理想的多项性能指标要求：超调、上升时间、调节时间、余差等）,谢谢大家！,
