带机械臂四旋翼飞行器的控制方法研究

来源期刊：机械设计与制造2021年第2期

论文作者：周祖鹏 甘良棋 张晓东

文章页码：62 - 66

关键词：四旋翼飞行器;PID;数学建模;Matlab/Simulink;实验验证;

摘    要：四旋翼飞行器机械原理简单,主要由四个螺旋桨和十字架结构机身组成,是典型的强耦合,非线性欠驱动的六自由度系统。四旋翼飞行器利用四个螺旋桨的转速变化,来控制机身的姿态变化。例如:绕Y轴的俯仰和沿Y轴的左右移动;绕X轴的横滚和沿X轴的前进与后退;绕Z轴的偏航和沿Z轴的上升与下降。四旋翼飞行器的姿态控制是控制系统的核心部分,是热门研究课题。文章的主要内容如下:1.首先对四旋翼飞行器进行了受力分析,通过导航坐标系与机体坐标系之间的变换及Newton-Euler方程对四旋翼飞行器建立运动学模型、动力学模型;2.根据建立的四旋翼飞行器的模型设计研究了基于抗饱和的串联PID控制算法,基于matlab/Simulink中提供的模块对四旋翼飞行器进行模拟仿真实验;3.基于饱和的串联PID控制算法进行仿真实验,结果表明基于抗饱和的串联PID控制算法有良好的动态特性;4.将携带的机械臂考虑成四旋翼无人机在飞行过程中所受的干扰,进行实验。本论文对携带机械臂四旋翼飞行器做了初期的研究,希望后期有更多这方面的学者深入研究。