齐铎 毕晓伟 杨伟旗 靳少君 赵桓
摘 要：近年来，由于无人直升机结构简单、飞行灵活等特点，在商用和民用各个领域高速发展。直升机事故也频繁发生。随着直升机技术的高速发展和性能需求，对无人机的自主性提出了更高的要求。该文以无人直升机为试验平台，围绕自主跟踪目标这一需求，设计了一套无人直升机目标监测跟踪控制系统。首先，根据直升机的飞行原理，设计基于PID算法的控制律。其次，以实现目标监测跟踪这一目标，设计了硬件总体方案。最后，整合软硬件，对系统性能进行验证。
关键词：无人直升机 位置跟踪 监测
中图分类号：V279 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）06（c）-0021-02
近年来，由于直升机的高速发展，国内外都针对直升机的控制系统进行了大量研究，由于其易受外界环境干扰，为达到无人直升机可靠跟踪飞行的目的，该文运用PID控制方法对无人机控制系统进行软硬件研究设计。
1 PID控制理论
PID控制方法即通过比例、积分和微分调节实现对控制对象的闭环控制[1]。PID控制因其设计方法简单、控制效果良好、抗干扰性强等特点在实际工程中广泛应用。针对四旋翼无人直升机控制器，对直升机姿态和位置进行控制律算法设计。
1.1 系统描述
假設直升机为刚体且结构对称[2]，对四旋翼无人直升机进行飞行原理分析。按照四旋翼无人直升机飞行方向的不同，可分为垂直（上升、下降、悬停）、俯仰（前进、后退）、滚转（左侧飞、右侧飞）和偏航（逆时针转动、顺时针转动）4个飞行方向。对4个旋翼进行编号，如图1所示，对飞行方式进行分析。
2 系统设计
直升机位置监测跟踪是根据无人机上的传感器或者摄像头采集位置信息，包括采集时间、经纬度、海拔高度、航向角、俯仰角、横滚角等信息，将采集的数据通过数据帧的方式传输。
由上一节的建模分析可知，为了实现直升机位置监测跟踪的目标，主控制器需要完成取读传感器数据、传输数据和处理数据等工作，且为了减轻直升机的负载，尽量减小控制器体积。该模块可以实时采集直升机位置信息，并将信息写入SD卡中。
在实验过程中，将设计好的系统进行验证。
3 结语
该文采用了PID控制算法设计了四旋翼无人直升机控制器，通过对直升机控制回路和算法设计，达到了预期性能指标，有良好的抗干扰性，验证了该项目的可使用性。
参考文献
[1] 黄根春，陈小桥，张望先.电子设计教程[M].北京：电子工业出版社，2007.
[2] 陈琦，甄子洋，王新华，等.基于积分帆布法的四旋翼无人直升机飞行控制研究[A].中国制导、导航与控制学术会议[C].2012.
[3] 税海涛.无人驾驶直升机飞行控制算法研究[D].国防科学技术大学，2005.
