19、多旋翼飞行器位置控制实验详解

多旋翼飞行器位置控制实验详解

在多旋翼飞行器的控制领域，位置控制是关键的研究方向，涉及到设定点控制和轨迹跟踪等重要问题。本文将详细介绍多旋翼飞行器位置控制中的PID控制器设计、不同类型PID控制器的特点、实验过程及参数调整等内容。

1. PID控制器设计

1.1 传统PID控制器

传统PID控制器分别应用于水平位置通道和高度通道。
- 水平位置通道 ：
- 目标是使 $\lim_{t \to \infty} \left\lVert e_{ph}(t) \right\rVert = 0$，其中 $e_{ph} \triangleq p_{h} - p_{hd}$。
- 瞬态过程期望满足 $\ddot{e} {ph} = -K {phd}\dot{e} {ph} - K {php}e_{ph}$，其中 $K_{phd}$ 和 $K_{php} \in R^{2 \times 2}$ 是对角正定矩阵。
- 为实现该动态，加速度 $\ddot{p} {h}$ 需满足 $\ddot{p} {h} = \ddot{p} {hd} - K {phd}\dot{e} {ph} - K {php}e_{ph}$。
- 结合线性位置模型可得 $-gA_{\psi}\boldsymbol{\Phi} {hd} = \ddot{p} {hd} - K_{phd}\dot{e} {ph} - K {php}e_{ph}$，进而得到 $\boldsymbol{\Ph