四旋翼飞行器自动控制仿真研究

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1、万方数据第32卷第7期计算机仿真2015年7月文章编号：1006—9348(2015)07—0088—04四旋翼飞行器自动控制仿真研究陈军(郑州大学西亚斯国际学院，河南郑州451150)摘要：对四旋翼飞行器进行平稳的自动控制具有重要的应用价值。四旋翼飞行器控制系统是一个多变量、非线性和强耦合的系统，响应性能差。利用传统算法进行四旋翼飞行器自动控制有控制精度低，动态响应慢等缺陷。为解决上述问题，提出一种改进遗传算法的四旋翼飞行器自动控制方法。首先建立四旋翼飞行器的控制模型，获得改进遗传算法的寻优目标函数，其次在遗传

2、算法中对变异概率和交差概率进行改进，能够自动适应控制过程中参数的变化，并计算出每个个体的适应度，得到最优适应度的个体，最终可以得到最优的控制参数。实验结果表明，利用改进算法进行四旋翼飞行器自动控制，能够提高控制精度和响应速度。关键词：改进遗传算法；四旋翼飞行器；飞行控制中图分类号：273．4文献标识码：BFourRotorAircrafttheSimulationResearchofAutomaticControlCHENJun(SiasInternationalUniversity，ZhenghouUniver

3、sity，ZhenghOUHenan451150，China)ABSTRACT：Fourrotoraircraftcontrolsystemisamuhivariable，nonlinearandstrongcouplingsystem．Traditionalcontrolalgorithmforfourrotoraircrafthaslowcontrolprecisionandslowdynamicresponse．Thispaperpresentsakindofautomaticfourrotoraircra

4、ftcontrolmethodbasedonimprovedgeneticalgorithm．Firstly，fourrotoraircraftcontrolmodelisestablished，andtheoptimaltargetfunctionisobtainedbyusingimprovedgeneticalgorithm．Second·ly，themutationprobabilityandcrossoverprobabilityinthegeneticalgorithmareimproved，whic

5、hcallautomaticallyadapttothechangingparametersintheprocessofcontrol，thefitnessofeachindividualiscalculated，andthebestfitnessoftheindividualisobtained．Finally，theoptimalcontrolparametersareobtained．ExperimentalresultsshowthattheimprovedalgorithmCanimprovetheco

6、ntrolaccuracyandresponsespeed．KEYWORDS：Improvedgeneticalgorithm；Fourrotoraircraft；Flightcontrol1引言随着飞行器技术的快速发展，四旋翼飞行器的型号也越来越多，并在很多领域中得到广泛应用⋯。四旋翼飞行器相对于其它种类的飞行器具有以下特点：①具有优秀的垂直起降能力，对起降地点环境的要求相对较低’2o；②由于机身采用四个驱动电机进行控制，因此在飞行中更容易保持平稳口1；③通过改变各个电机的速度就能改变飞行器的方向和高度，无需额

7、外的方向控制系统¨J。但是，四旋翼飞行器是一种强耦合、非线性、多变量的飞行系统，假设在飞行的过程中，不能有效对这种飞行系统进行控制，将会使四旋翼飞行器失去平衡”J，甚至引起坠机。因此，如何对四旋翼飞行器进行有效控制，已经成为四旋翼飞行器领域的一个难点问基金项目：河南省科技厅项目无线数据采集传输系统的设计与研究(132102210465)收稿日期：2014—12—17—88一题‘6J。当前阶段．传统的四旋翼飞行控制方法主要包括基于最dx--乘算法的四旋翼飞行器控制方法¨1、基于遗传算法的四旋翼飞行器控制方法和基于神

8、经网络PID算法的四旋翼飞行器控制方法¨1。其中最常用的是基于神经网络PID算法的四旋翼飞行器控制方法一J。由于四旋翼飞行器控制方法在四旋翼飞行器控制方面具有不可替代的作用，因此，发展前景十分广阔，并成为很多专家和学者研究的重点课题㈣。但是，由于上述传统方法实现起来比较复杂，并且存在着动态响应慢、控制误差大的缺陷，出现降低四旋翼飞行器安全系数的问题。针对上述传统算法存在的