基于相平面区域自适应切换的四旋翼无人机串级控制OA

四旋翼无人机属于欠驱动、非线性、强耦合系统,在复杂飞行环境里很难同时兼顾快速响应和稳态精度,针对此情况提出了一种基于相平面的自适应切换控制策略,这种方法没有采用单一控制器架构,而是融合了串级PID控制以及模糊PID控制的优点,其最关键的是构建一个以归一化位置/姿态误差及其变化率作为坐标的相平面,并且依据极径和相位角把控制空间准确划分成远离目标区域、过渡区域和稳态区域。根据系统实时状态所在的相平面区域,可智能选择相应的控制器:在远离目标区域运用基础PID控制器来达成快速响应,在稳态区域使用基础PID控制器来实现精确控制,而在过渡区域则要综合相位角的状况来选择控制器。同时还引入了迟滞带和最小切换间隔机制,这样能有效避免因控制器频繁切换致使的系统抖振。仿真实验结果显示,和经典PID控制、模糊PID控制以及滑模控制相比,所提出的相平面切换控制方法在保持快速响应的同时能把超调量控制在0.25%以内,调节时间缩短到0.5 s以内,达成了快速性与平稳性的最优平衡。