四旋翼串级PID控制算法的MATLAB仿真

资 源 简 介

四旋翼串级PID控制算法的MATLAB仿真

详 情 说 明

四旋翼飞行器的稳定控制一直是无人机领域的核心问题，而串级PID控制算法因其结构清晰、参数调节直观的特点，成为该领域广泛采用的控制策略。在MATLAB/SIMULINK环境中搭建该算法的仿真模型，可有效验证控制性能并降低实际飞行测试风险。

串级PID的核心在于将控制任务分层处理：内环负责快速响应姿态角变化（包括滚转角、俯仰角和偏航角），采用高速率调节；外环则处理位置控制等慢变信号，通过两级PID的协同工作实现动态响应与稳态精度的平衡。仿真时需要特别注意内外环采样时间的匹配，通常内环周期应设为外环的1/5至1/10。

在SIMULINK建模时，建议将四旋翼动力学模型分解为刚体运动方程和电机动力学模块。其中刚体运动部分需考虑惯性矩阵和科里奥利力项，而电机模块则需模拟PWM信号到升力/力矩的转换特性。PID控制器模块可采用SIMULINK自带的PID Controller块或手动搭建微分方程实现，后者更便于实现抗积分饱和等改进功能。

参数整定过程通常遵循"先内环后外环"原则：先固定外环为纯比例控制，调节内环使姿态角快速收敛；再保持内环参数，优化外环跟踪性能。仿真中可通过阶跃响应观察超调量和调节时间，或使用扫频法分析系统频域特性。值得注意的是，实际四旋翼存在执行器饱和、测量噪声等非线性因素，仿真时应适当加入这些约束条件以提高模型可信度。