RflySim | 定点位置控制器设计实验一

2024-01-09 17:25:37

RflySim | 定点位置控制器设计实验一

一. 定点位置控制器设计实验

一般而言位置控制可分为三类:定点控制、轨迹跟踪和路径跟随。其中,轨迹跟踪控制和路径跟随控制都可以转化为定点控制,所以本章涉及的位置控制是定点控制问题。位置控制器的输出为期望的姿态,所以位置控制器的设计是以姿态控制器为基础的,整个位置控制的实验流程与姿态控制基本一致。

本章将详细介绍多旋翼飞行器的位置控制器的设计原理和设计方法,并通过层次分明的三个分步实验,让读者更好地掌握这部分的知识。在基础实验中,读者会复现多旋翼位置控制仿真,体会位置控制效果;分析实验则要求读者调节位置控制的PD控制器参数,让多旋翼在时域中达到较好的控制性能;设计实验要求读者根据自动控制原理中的知识设计校正器,让多旋翼在频域中达到较好的控制性能。

二. 实验原理

多旋翼的底层飞行控制分为四个层次,分别为位置控制、姿态控制、控制分配和电机控制。

闭环控制框架如下图所示。多旋翼是一个欠驱动系统,有6个输出(位置和姿态),但是只有4个独立输入(总拉力和三轴力矩)。因此,多旋翼只能跟踪4个期望指令(期望位置与偏航),剩余的变量(滚转、俯仰)由期望位置和偏航确定。

从直观上看,轨迹跟踪与路径跟随的区别在于,描述轨迹或路径的曲线是否与时间相关。轨迹跟踪的期望轨迹是一条与时间相关的曲线,而路径跟随的期望路径独立于时间变量。路径跟随也称为3D跟踪。轨迹跟踪也称为4D跟踪,相比3D跟踪,增加了时间维度。当y()=t时,路径跟随问题退化成轨迹跟踪问题。当pd(t)恒为常数时,轨迹跟踪问题进一步退化成定点控制问题。换句话说,路径跟随增加时间约束后退化为轨迹跟踪,轨迹跟踪增加期望轨迹约束后退化为定点控制。因此,定点控制问题是轨迹跟踪问题的特例,而轨迹跟踪问题是路径跟随问题的特例。本章主要聚焦定点控制问题和轨迹跟踪问题。

位置控制器的输出是期望的姿态。对水平位置通道和高度通道分别设计PID控制器,最终产生期望的欧拉角、a和拉力f。下面将先设计传统PD控制器,再讨论开源自驾仪使用的PD控制器,最后考虑加饱和的PD控制器。

三. 基于加性分解的动态逆控制器

1.实际过程中G是未知的,可以辨识得到近似的?

2.G与?之间往往有差距,如何设计进行弥补?

对于传递函数的加性输出分解:

以高度通道为例进行设计,

另外两个通道:

参考文献:
[1] 全权,杜光勋,赵峙尧,戴训华,任锦瑞,邓恒译.多旋翼飞行器设计与控制[M],电子工业出版社,2018.
[2] 全权,戴训华,王帅.多旋翼飞行器设计与控制实践[M],电子工业出版社,2020.

文章来源:https://blog.csdn.net/FEISILAB_2022/article/details/135482239
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