基于反步法的四旋翼无人飞行器混合增稳控制　

　　通过控制输入U₁，U₂，U₃和U₄，能够实现四旋翼飞行器的稳定飞行。

3 实验研究

　　3.1 仿真实验

　　在Matlab/simulink中实现了所提出的控制算法，通过抗干扰测试验证本文提出混合增稳控制器的性能。四旋翼飞行器的主要参数如表2所示。

　　为了增强飞行器对在参数不确定性和外界干扰条件下的响应，进行了反步控制器、模糊自适应PID控制器、模糊自适应PID混合增稳控制器的仿真测试。实验条件为在10s时，对每个轴上施加一个扰动，并在13s时移除干扰，姿态控制和高度控制的实验结果分别如图3和图4所示。其中，实线为本文提出增稳控制算法，点划线为反步控制算法，虚线为模糊自适应PID控制算法。

　　由图3和图4可知，本文所提出的混合增稳控制器的调节时间优于反步控制器和模糊自适应PID控制器，超调量最小，稳态阶段的稳态误差类似于反步控制器和模糊自适应PID控制器。在干扰发生期间，所设计的增稳控制器不仅能完成姿态和高度的控制，具有较好的抗干扰能力，而且比反步控制器和模糊自适应PID控制器具有更好的跟踪响应能力。

　　3.2 飞行实验

　　通过实际飞行过程中的抗干扰实验，进一步验证了混合控制器的性能。在t=12s时对四旋翼飞行器的姿态角进行随机干扰，实验结果如图5所示。可以看出，滚转角、俯仰角、偏航角的角响应通常是相似的，均在短时间内收敛到给定值的允许范围内。;在t=7s时对高度控制进行随机干扰，如图6所示。可以看出，高度方向上也有很好的响应，高度值在短时间内达到期望值。在扰动条件下，所提出的增稳控制器能够迅速稳定四旋翼飞行器，具有较强的鲁棒性。当系统稳定时，四旋翼飞行器的姿态角在±3°的控制范围内。

4 结论

　　为提高四旋翼机在参数变化和外部干扰条件下的飞行稳定性，提出并设计了基于模糊自适应PID控制器和反步控制器的混合稳定增强控制方法，实现了对四旋翼飞行器的精确控制。非线性仿真试验结果表明，所提出的控制器可以有效抑制扰动的影响，提高控制精度。通过对自由度四旋翼飞行器的飞行试验，证明了该控制器的稳定性和有效性。

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　　本文来源于《电子产品世界》2018年第9期第31页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。