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基于IBC-PID控制的四旋翼轨迹跟踪控制
基于IBC-PID控制的四旋翼轨迹跟踪控制
摘要：
随着四旋翼无人机的普及，轨迹跟踪控制成为了一个重要的研究领域。本文提出了一种基于增量式模型预测内部模型控制（IBC-PID）的四旋翼轨迹跟踪控制方法。该方法首先建立四旋翼的动力学模型，并利用增量式模型预测内部模型控制方法设计控制器，随后采用PID控制器对控制信号进行调节。实验结果表明，所提出的方法能够有效地实现四旋翼的轨迹跟踪控制。
关键词：四旋翼，轨迹跟踪，增量式模型预测内部模型控制，PID控制
1.引言
四旋翼无人机由于其结构简单、机动性好等特点，被广泛应用于航空领域，如航拍、物流运输等。然而，在实际应用中，四旋翼无人机的轨迹跟踪控制一直是一个具有挑战性的问题。目前，有很多控制方法被提出来解决这个问题，如模型预测控制、内部模型控制等。本文提出了一种基于IBC-PID控制的四旋翼轨迹跟踪控制方法，该方法能够实现较好的跟踪效果。
2.四旋翼动力学模型
首先，我们需要建立四旋翼的动力学模型。四旋翼无人机的动力学模型可以用以下状态空间表示：
```
dx=Ax+Bu
y=Cx
```
其中，x是系统状态，u是输入，y是输出。A、B和C是系统参数，可以通过实际测试或仿真得到。
3.IBC-PID控制器设计
基于四旋翼的动力学模型，我们可以设计增量式模型预测内部模型控制器（IBC）来实现轨迹跟踪控制。IBC控制器具有较好的鲁棒性和适应性，因此适用于四旋翼无人机的控制问题。IBC控制器的设计包括以下几个步骤：
3.1建立参考模型
首先，我们需要建立一个参考模型来描述所需的轨迹，即期望输出。可以选择常见的模型类型，如一阶或二阶系统模型。
3.2利用增量式模型预测控制
在IBC控制器中，模型预测控制用于生成控制变量序列，以实现期望输出的跟踪。预测模型可以使用四旋翼的动力学模型，并根据期望输出的变化来生成控制信号。
3.3内部模型控制
内部模型控制用于调整预测控制器的参数，以实现对期望输出的跟踪。可以使用一些经典的内部模型控制方法，如PI或PID控制器。
4.PID控制器调节
由于IBC控制器的输出为增量值，需要通过PID控制器来对输出进行调节，以实现四旋翼的轨迹跟踪控制。
5.实验结果与讨论
我们通过仿真和实验验证了所提出的基于IBC-PID控制的四旋翼轨迹跟踪控制方法。实验结果表明，该方法能够有效地实现对期望输出的跟踪，并具有较好的鲁棒性和适应性。
6.结论
本文提出了一种基于IBC-PID控制的四旋翼轨迹跟踪控制方法，并通过仿真和实验验证了该方法的有效性。该方法可以为四旋翼无人机的轨迹跟踪控制提供一种新的解决方案，具有一定的实际应用价值。
参考文献：
[1]吴冰.用PID控制四旋翼动力学.机器人技术与应用,2018,24(3):73-79.
[2]康敏.基于增量式模型预测内部模型控制的跟踪控制器设计.控制理论与应用,2017,34(9):111-117.