基于并联PID的四旋翼飞行控制策略设计

范云飞　任小洪　袁文林

摘要：基于线性叠加原理，将四旋翼电机均等效线性拆分，提出使用并联PID策略，独立计算各控制量，再线性叠加到四旋翼电机上进行智能调节。其控制策略无需系统建模，原理简单，适合四旋翼初学者学习，也适用于研究人员参考。实验显示，飞行器姿态调节迅速，起降平稳，响应及时，具有良好鲁棒性。

关键词：并联PID；平衡控制；飞行器

中图分类号：TP249 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.04.008

0.引言

四旋翼飞行器，因其特有的复杂性，曾经很难被市场普及，但随着微机控制技术飞速发展，形形色色的四旋翼飞行器应运而生。其为多轴飞行器的一种，分别调节轴间旋桨转速而控制其各种飞行姿态。近年来在救灾、搜救、勘探、测绘方面有着广泛应用，在军事上也常见到其身影。

目前四轴飞行器的飞控研究较多采用系统建模。如文献所述，复杂的机理分析使入门门槛较高，初学者不易理解与掌握。本文提出以线性叠加原理为基础，将飞行器电机等效拆分，通过对PID控制增量和位置量进行并联叠加，再综合作用于电机的方法，其控制效果具有一定鲁棒性。该控制方法易于实现，对初学者有一定指导参考意义。

1.并联PID控制

1.1什么是并联PID

文献指出只要电机处于线性状态，就可以将电机虚拟地拆解成多个不同功能的驱动电机，它们同轴相连，分别完成不同功能。文献提出十字飞行模式油门输出公式。很好地引出了飞行器控制量叠加而满足多任务控制思想。据此，总结出并联PID控制策略。其概念为：在同一系统中，电机所带动的部件需同时完成多种任务，且任务相互间耦合性较小，此时可采取并联PID控制策略，分别对不同功能使用PID控制，最后系统通过动态协调即可同时实现上述多种任务。即多个PID同时回路计算并输出，其多个输出量线性叠加，再统一作用于电机。