多旋翼無(wú)人機(jī)飛行控制自動(dòng)調(diào)參技術(shù)

宋明武

摘要：本文首先分析了多旋翼無(wú)人機(jī)飛行控制自動(dòng)調(diào)參飛行模式，對(duì)自動(dòng)調(diào)參算法和建立目標(biāo)函數(shù)等模式進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，然后對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)飛行控制自動(dòng)調(diào)參仿真模型設(shè)計(jì)工作相關(guān)流程進(jìn)行了全面總結(jié)，旨在為多旋翼無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定飛行提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：多旋翼無(wú)人機(jī)；飛行控制；自動(dòng)調(diào)參技術(shù)

一、多旋翼無(wú)人機(jī)飛行控制自動(dòng)調(diào)參飛行模式

無(wú)人機(jī)在飛行的過(guò)程中，要想飛機(jī)控制系統(tǒng)在變化之后，能夠利用控制器自動(dòng)參數(shù)的改變實(shí)現(xiàn)飛行工作達(dá)到最優(yōu)，這就需要利用需要利用控制器實(shí)現(xiàn)控制器參數(shù)和系統(tǒng)響應(yīng)性能之間的關(guān)系開(kāi)展工作。需要實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的自動(dòng)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，目標(biāo)和約束條件是無(wú)人機(jī)調(diào)參的主要參考，無(wú)人機(jī)的飛行自動(dòng)調(diào)參技術(shù)既要保證飛行穩(wěn)定，又需要考慮飛行的效果，保障在約束條件下，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)飛行系統(tǒng)能夠達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)。

（一）自動(dòng)調(diào)參算法

在目前的多旋翼無(wú)人機(jī)飛行控制自動(dòng)調(diào)參算法主要有粒子群算法、模糊算法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，其中在目前的算法中最常用的算法是粒子群算法。粒子群算法在算法上待調(diào)參數(shù)較少、算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易操作以及收斂的速度比較快，這種算法在最開(kāi)始的時(shí)候是利用一群粒子，利用迭代找出最優(yōu)解法，在其中，優(yōu)化問(wèn)題的可行解是每一個(gè)粒子，等待優(yōu)化的參數(shù)變量是粒子中的坐標(biāo)，同時(shí)粒子中的坐標(biāo)主要是指控制器中需要進(jìn)行調(diào)控的參數(shù)。在其中，會(huì)利用粒子的適應(yīng)度來(lái)判斷一個(gè)粒子的好壞程度。粒子在可行解空間中飛行的距離和方向主要是由速度決定的，粒子在每一次的迭代優(yōu)化中會(huì)進(jìn)行飛行速度和方向的更新，粒子本身中尋找的極值就是最優(yōu)解，也叫做個(gè)體極值。

（二）建立目標(biāo)函數(shù)

目標(biāo)函數(shù)的建立主要是根據(jù)好約束條件和適應(yīng)度函數(shù)，保障系統(tǒng)性能在各個(gè)方面都呈現(xiàn)最優(yōu)的原則，但是在目前的技術(shù)中，因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)受到其他系統(tǒng)性能的影響，因此最優(yōu)化的系統(tǒng)原則并不能全面實(shí)現(xiàn)。非線性多耦合系統(tǒng)是無(wú)人機(jī)主要采用的系統(tǒng)，采取的操作屬于橫向操作，同時(shí)無(wú)人機(jī)的側(cè)向速度和偏航角速度會(huì)在滾轉(zhuǎn)角速率的影響下有所變化，因此無(wú)人機(jī)系統(tǒng)并不能全方位的實(shí)現(xiàn)優(yōu)化原則。這時(shí)就需要利用綜合性能指標(biāo)來(lái)保障系統(tǒng)最優(yōu)化的云澤，在目前的技術(shù)中，系統(tǒng)偏差度是評(píng)價(jià)系統(tǒng)綜合性能的最主要指標(biāo)。

多旋翼無(wú)人機(jī)飛行控制自動(dòng)調(diào)參仿真模型

（一）控制器的設(shè)計(jì)

在無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)中，一般是利用PID控制器，操作比較簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的可行性。

（二）自動(dòng)調(diào)參模型

無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩飛行器是主要是指標(biāo)，軸對(duì)稱的分布情況是飛行器主要采用的變距和變轉(zhuǎn)速四旋翼飛行器，機(jī)身兩邊分別是電機(jī)和旋翼組建分別成對(duì)稱分布，并且旋翼和電機(jī)在機(jī)身的左右兩半差不多處于同一水平面，機(jī)身中心主要繼續(xù)擰電源、飛行控制器等機(jī)載設(shè)備的安裝工作，旋翼總距大小調(diào)節(jié)是依靠電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)，同時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)影響到無(wú)人機(jī)的飛行方向和位置。

無(wú)人機(jī)的非線性動(dòng)力學(xué)建模實(shí)現(xiàn)主要是依靠變距和變轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)建模過(guò)程中，主要采取的建模方程有：

在上述的式子中，U代表操縱量，X代表狀態(tài)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)參仿真模型的建立，在Matlab/Simulink仿真環(huán)境中，無(wú)人機(jī)的變距和變轉(zhuǎn)速模型建立如圖4所示：

在上述模型構(gòu)建中，機(jī)身氣動(dòng)力模型、6自由度方程模型、旋翼氣動(dòng)力模型以及外部環(huán)境模型等都是模型的主要組成部分。在這種迷信建構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用輸入模塊實(shí)現(xiàn)控制器的設(shè)計(jì)，如圖5所示：

二、總結(jié)

綜上所述，多旋翼無(wú)人機(jī)飛行控制自動(dòng)調(diào)參技術(shù)在無(wú)人機(jī)的飛行控制保障機(jī)制中具有重要的意義，要想保證無(wú)人機(jī)能夠在發(fā)生問(wèn)題的情況下，利用自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的正常飛行，同時(shí)保障無(wú)人機(jī)的飛行達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。尋找最優(yōu)調(diào)控參數(shù)是自動(dòng)調(diào)參技術(shù)主要進(jìn)行的工作內(nèi)容，也是保障多旋翼無(wú)人機(jī)的達(dá)到最佳的飛行狀態(tài)，在Matlab/Simulink的編程和仿真平臺(tái)中，被控模型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，已修改的特點(diǎn)，在繼續(xù)擰自動(dòng)調(diào)參技術(shù)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用，為無(wú)人機(jī)飛行的最佳狀態(tài)實(shí)現(xiàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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