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基于PI - PD控制器的4转子姿态控制

发布日期:2019-01-29 浏览次数[] 文章来源:互联网

基于PI - PD控制器的4转子姿态控制
作者:未知
结论4转子的位置控制,一般使用PID控制器作为主控制链路,这是不容易设置PID控制器参数,有溢出到控制结果的大型系统中,要获得此这很难。令人满意的抑制效果。
因此,设计了PI - PD控制器的4转子姿态控制模式。PI控制器可以快速收敛系统并有效地抑制静止错误。PD控制器可以有效地抑制系统的过冲。
仿真结果表明,PI - PD控制器可以抑制系统超调,缩短系统的收敛时间,具有良好的控制效果。
[关键词]4最近的转子,微系统,微型传感器,惯性导航技术,利用飞行控制技术的发展沿的位置控制PI-PD控制器的效果参数的调整,四转子机器(今后,该转子的四是广泛的人这引起了担忧。
四个转子,通过改变四个转子的旋转速度,包括倾斜角度theta,侧倾角PHI,和旋转角ψ,以调节空气中的飞行姿态,由此控制水平移动。车身,所以四旋翼姿态控制是确定您的飞行性能的关键。
在工业过程控制和航空航天控制领域,PID控制应用超过80%。然而,由于4转子系统缺乏线性,惯性和延迟,PID控制器为四个转子的姿态提供了更多的调节效果。控制不尽如人意。
因此,设计能够抑制过多系统并确保系统快速收敛的控制器可以提高四旋翼系统的稳定性和控制能力。
1 PID控制器PID控制器的基本原理结构简单,调试方便,广泛应用于工业生产中。
PID控制器,比例控制(P),积分控制,包括(I)和微分控制(d),在根据系统输出的误差值调节系统的输出的控制的形式。连续PID控制的结构如下。(1)其中u(t)是系统输出,Kp,Ki,Kd分别是比例,积分和微分系数。(T)= y(r)-y(t)是期望值和输出之间的差值,即输出误差。
在数字控制系统的情况下,PID控制器可以离散化以获得离散PID的结构化形式。这里,是所有误差值的总和,Δe(t)= e(t)≤E(tα)。1),等效差动操作。
当预期值保持在相邻的取样周期保持不变,Y(R)= Y(,R 1?),ΔE(T)= - Y(t)的+ Y(ΔT1),ΔE(t)是,分别。系统输出的变化量。
当根据PID控制器调节四极转子的姿态时,参数的配置困难且控制效果不好。
考虑到这一点,是根据所提出的PI-PD控制器基于用于减少过多的系统PI-PD控制器上[6],该文献的目的是4转子的姿态控制方法上。飞行的稳定性和控制,缩短系统收敛时间,改善四旋翼|文献信息| J-GLOBAL科技综合链接中心
2PI?PD控制器的PID控制器对高阶时滞系统,复杂模糊系统和不确定系统具有较低的控制效果。
PI-PD控制器是在PID控制器的基础上发展而来的,能够对带有积分,振动或不稳定链路的控制对象实现更好的闭环控制。
图1显示了PI-PD控制器的结构。
PI控制器和PD控制器的传递函数设定如下。(4)其中Kp和Ti分别是PILa比率和器件的积分因子你控制。Kf和Td分别是PD控制器比率和微分系数。
在此图中,PI控制器仍处于主控制链路中,并根据预期值调整输出。这具有确定系统的收敛速度和消除固定误差的效果。PD控制器变成一个反馈链路,具有抑制振动和溢出系统的效果,只对独立系统的输出变化相关的是期望值。
为了简化PI 2 PD控制器的结构,进行结构变换以获得如图2所示的等效结构图。
主控制链路的PI + PD控制器如下。GPI(S)+ GPD(S)= K P(1 + 1 / TIS)+ KF(1 + TDS)(5)以下述方式将PID控制器的传递函数。GPID *(S)= K P *(1 + 1 / Ti的* S + TD * S)(6)其中,KP *,钛*,Td的*是相应PID控制器的参数。
等式(5)可以与等式(6)类似地重新排列。等式(7)Kp =βKf,参数β表示Kp和Kf之间的关系,并且等式(7)可以如下变换。(8)比较(6)和(8)从等式,KP *,钛*,Td的*和Kp,钛,KF,所得到的Td的之间的关系。KP =βKp* /(1 +)β)(9)KF = KP * /(1 +β)......(10)的Ti =βTi* /(1 +β)......(11)TD =(1 +β)TD * ???根据(12)(10)和(12)(11):( 13)可供选择:?KfTd =(1 +β)* TD = Kf个* TD *(14)PI PD是可以根据以下等式计算。参数Kp *和PID控制器的值β。控制器的参数Kp和Kf,β确定Kp和Kf的分布关系。等式(13)和(14)表明PI?PD控制器的积分控制和差分控制与PID控制器的积分控制和差分控制相同。
因此,PI?PD控制器可以根据PID控制参数和?值计算Kp,Ti,Kf和Td参数。通过恢复参数,系统可以平滑收敛,减少过冲和缩短收敛时间。
3仿真分析Adams软件已经建立了四个转子的动态虚拟原型。利用Matlab / Simulink对Adams建立的模型进行了仿真,研究了控制器对四个转子姿态控制的控制效果。
在该文献中研究的四个转子的参数是质量m = 0。
67 kg,对称电机轴距l = 450 mm,转子速度和升力比8000 r / m = 9。
8N,初始角度角度值θ= 0°,期望值俯仰角度y(r)= 0°,模拟步长t = 0。
01秒
滚动角φ和引导角的模拟结果相似,这里不再重复。
(1)使用PID控制器调整倾斜角度θ的角度,并设置一组参数K p = 18,K i = 0。
Kd = 260。
根据PID控制器的参数,建立不同的值β,计算PI?PD控制器的Kp,Ti,Kf和Td参数。仿真结果如图2所示。
在1秒时,期望值y(r)从0°变化到1°,倾斜角θ由PID控制器调节,并且收敛时间约为1。
8秒,系统超调约为30%。
相比PID控制器的模拟结果,当β是不同的,PI?PD控制器具有不同的调整的效果。
当β= 3时。
在6点钟,系统的过冲变得非常小,收敛时间基本上与PID控制器的收敛时间相同。
通过选择合适的β值,可以看出PI?PD控制器可以有效地抑制系统过度性能,提高系统的稳定性。
(3)为了缩短系统的收敛时间,根据PI?PD控制器的调整特性再次调整参数Kp,Ki,Kd和β。仿真结果如图2所示。
仿真结果表明,PID与PI - PD - 1的收敛时间约为1。
PI - PD - 2的收敛时间几乎为零。
8秒,它比前两个控制效果快得多。
我们已经证明PI-PD控制器可以在不克服系统的情况下缩短系统的收敛时间,提高系统对不同调谐参数的控制能力。
4结论由于四转子的非线性和时间延迟特性,基于PID控制器的4转子姿态控制方法的调节效果难以满足人们的需求。基于PI - PD控制器,本文件设计了一种新的四转子姿态控制方法。
在PI-PD控制器模式下,您可以使用设置的PID控制器的参数根据β值计算控制参数。
仿真结果表明,PI - PD控制器能够稳定地收敛系统,抑制系统的超调,实现良好的控制效果。在未来的研究中,我们将继续研究参数调整。PI - PD控制器的响应时间,鲁棒性和其他问题,以获得更好的4转子姿态控制效果。
作者唐建杰(1986-),广西壮族自治区桂林市人简介。
征服
调查的方向是智能控制和算法的应用。
桂林电子科技大学计算机科学工程系,广西壮族自治区桂林541004

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