CN106444358B - 一种多旋翼飞行器的自动调节pid参数的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多旋翼飞行器领域，尤其涉及一种多旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法及系统。所述多旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法包括：预设多旋翼飞行器的PID控制器的输入函数和反馈函数；由所述输入函数和反馈函数构建得到适应度函数；获取在预设时间范围内多次跃阶响应时的所述输入函数对应的输入值和所述反馈函数对应的反馈值；将所述输入值和反馈值代入所述适应度函数计算得到第一适应度参数；判断所述第一适应度参数是否超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围；若是，对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行编码、遗传和变异操作，实现多旋翼飞行器PID参数的自动调节。

Description

一种多旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法及系统
技术领域
本发明涉及多旋翼飞行器领域，尤其涉及一种多旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法及系统。
背景技术
四旋翼飞行器在航模、航拍、农业植保、电力巡检等领域日益广泛应用、但是其姿态控制系统是典型的非线性、多变量的耦合系统。PID参数的调节变得更加困难。
遗传算法指的模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。
PID参数是指飞行器使用PID控制算法的时候使用的三组参数，这三个参数很大程度决定飞行器的稳定性。由于在工程实践上PID参数的调节往往是通过经验法调试，导致参数的选择的优劣受限于工程人员的经验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种多旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法及系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种多旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法，包括：
预设多旋翼飞行器的PID控制器的输入函数和反馈函数；由所述输入函数和反馈函数构建得到适应度函数；
获取在预设时间范围内多次跃阶响应时的所述输入函数对应的输入值和所述反馈函数对应的反馈值；
将所述输入值和反馈值代入所述适应度函数计算得到第一适应度参数；
判断所述第一适应度参数是否超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围；
若是，对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行调节操作。
本发明采用的另一技术方案为：
一种多旋翼飞行器的自动调节PID参数的系统，包括构建模块、获取模块、计算模块、判断模块和处理模块；
所述构建模块，用于预设多旋翼飞行器的PID控制器的输入函数和反馈函数；由所述输入函数和反馈函数构建得到适应度函数；
所述获取模块，用于获取在预设时间范围内多次跃阶响应时的所述输入函数对应的输入值和所述反馈函数对应的反馈值；
所述计算模块，用于将所述输入值和反馈值代入所述适应度函数计算得到第一适应度参数；
所述判断模块，用于判断所述第一适应度参数是否超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围；
所述处理模块，用于若所述第一适应度参数超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围，对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行调节操作。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的多旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法及系统，通过构建适应度函数以及结合预设时间范围内多次跃阶响应时的所述输入函数对应的输入值和所述反馈函数对应的反馈值，计算得到第一适应度参数，并通过判断所述第一适应度参数是否超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围，若是，对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行微调(具体为编码、遗传和变异操作)，实现多旋翼飞行器PID参数的自动调节。
附图说明
图1为本发明的多旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法的步骤流程图；
图2为本发明的多旋翼飞行器的自动调节PID参数的系统的结构示意图；
标号说明：
1、构建模块；2、获取模块；3、计算模块；4、判断模块；5、处理模块。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，本发明提供的一种多旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法，包括：
预设多旋翼飞行器的PID控制器的输入函数和反馈函数；由所述输入函数和反馈函数构建得到适应度函数；
获取在预设时间范围内多次跃阶响应时的所述输入函数对应的输入值和所述反馈函数对应的反馈值；
将所述输入值和反馈值代入所述适应度函数计算得到第一适应度参数；
判断所述第一适应度参数是否超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围；
若是，对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行调节操作。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的多旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法，通过构建适应度函数以及结合预设时间范围内多次跃阶响应时的所述输入函数对应的输入值和所述反馈函数对应的反馈值，计算得到第一适应度参数，并通过判断所述第一适应度参数是否超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围，若是，对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行微调(具体为编码、遗传和变异操作)，实现多旋翼飞行器PID参数的自动调节。
所述调节操作包括编码、遗传和变异操作。
进一步的，所述对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行编码，具体为：
使用3个16bit的二进制来表示PID参数。
进一步的，所述对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行遗传，具体为：
使用3个16bit的二进制的后四位互相交换。
进一步的，所述对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行变异，具体为：
使用3个16bit的二进制的任意一位进行取反。
参阅图2，本发明还提供的一种多旋翼飞行器的自动调节PID参数的系统，包括构建模块1、获取模块2、计算模块3、判断模块4和处理模块5；
所述构建模块1，用于预设多旋翼飞行器的PID控制器的输入函数和反馈函数；由所述输入函数和反馈函数构建得到适应度函数；
所述获取模块2，用于获取在预设时间范围内多次跃阶响应时的所述输入函数对应的输入值和所述反馈函数对应的反馈值；
所述计算模块3，用于将所述输入值和反馈值代入所述适应度函数计算得到第一适应度参数；
所述判断模块4，用于判断所述第一适应度参数是否超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围；
所述处理模块5，用于若所述第一适应度参数超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围，对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行调节操作。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的多旋翼飞行器的自动调节PID参数的系统，通过构建适应度函数以及结合预设时间范围内多次跃阶响应时的所述输入函数对应的输入值和所述反馈函数对应的反馈值，计算得到第一适应度参数，并通过判断所述第一适应度参数是否超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围，若是，对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行微调(具体为编码、遗传和变异操作)，实现多旋翼飞行器PID参数的自动调节。
所述调节操作包括编码、遗传和变异操作。
进一步的，所述处理模块还包括编码单元，用于使用3个16bit的二进制来表示PID参数。
进一步的，所述处理模块还包括遗传单元，用于使用3个16bit的二进制的后四位互相交换。
进一步的，所述处理模块还包括变异单元，用于使用3个16bit的二进制的任意一位进行取反。
实施例一
如下多旋翼飞行器采用四旋翼飞行器为例说明；
本发明提供的一种四旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法，包括：
将四旋翼飞行器固定在九自由度的运动平台上；设定PID参数的基准值P0、I0、D0，这个值是由调试人员初步调试得出，视飞行器的传递函数而定，每种飞机的基准值都可能不同；
预设四旋翼飞行器的PID控制器的输入函数和反馈函数；由所述输入函数和反馈函数构建得到适应度函数；其中PID控制器用于实施PID对四旋翼飞行器的姿态进行控制；
所述输入函数为g(t)，所述反馈函数为y(t)，其中t为时间；以输入函数g(t)和反馈函数y(t)为基础，采用对输入函数与反馈函数在t时间的积分法构建适应度函数f(t)：
Figure BDA0001139614360000051
获取在预设时间范围内多次跃阶响应时的所述输入函数对应的输入值和所述反馈函数对应的反馈值；其中通过输入观测器来获取上述的输入值和反馈值；
将所述输入值和反馈值代入所述适应度函数计算得到第一适应度参数f(t)；
判断所述第一适应度参数是否超出所述四旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围；
f(t)<MINERR，其中MINERR为四旋翼飞行器的PID控制器能接受的控制误差范围；
若所述第一适应度参数超出所述四旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围，对四旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行编码、遗传和变异操作。
上述的对四旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行编码，具体为：使用3个16bit的二进制来表示PID参数。
上述的对四旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行遗传，具体为：使用3个16bit的二进制的后四位互相交换。
上述的对四旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行变异，具体为：使用3个16bit的二进制的任意一位进行取反。
综上所述，本发明提供的一种多旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法及系统，通过构建适应度函数以及结合预设时间范围内多次跃阶响应时的所述输入函数对应的输入值和所述反馈函数对应的反馈值，计算得到第一适应度参数，并通过判断所述第一适应度参数是否超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围，若是，对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行微调(具体为编码、遗传和变异操作)，实现多旋翼飞行器PID参数的自动调节。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种多旋翼飞行器的自动调节PID参数的方法，其特征在于，包括：预设多旋翼飞行器的PID控制器的输入函数和反馈函数；由所述输入函数和反馈函数构建得到适应度函数；其中PID控制器用于实施PID对多旋翼飞行器的姿态进行控制；
所述输入函数为g(t)，所述反馈函数为y(t)，其中t为时间；以输入函数g(t)和反馈函数y(t)为基础，采用对输入函数与反馈函数在t时间的积分法构建适应度函数f(t)：
Figure FDA0002376605940000011
获取在预设时间范围内多次跃阶响应时的所述输入函数对应的输入值和所述反馈函数对应的反馈值；
将所述输入值和反馈值代入所述适应度函数计算得到第一适应度参数f(t)；
判断所述第一适应度参数是否超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围；
f(t)<MINERR，其中MINERR为多旋翼飞行器的PID控制器能接受的控制误差范围；
若是，对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行调节操作；
所述调节操作包括编码操作、遗传操作和变异操作；
对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行编码，具体为：使用3个16bit的二进制来表示PID参数；
对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行遗传，具体为：使用3个16bit的二进制的后四位互相交换；
对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行变异，具体为：使用3个16bit的二进制的任意一位进行取反。
2.一种多旋翼飞行器的自动调节PID参数的系统，其特征在于，包括构建模块、获取模块、计算模块、判断模块和处理模块；
所述构建模块，用于预设多旋翼飞行器的PID控制器的输入函数和反馈函数；由所述输入函数和反馈函数构建得到适应度函数；其中PID控制器用于实施PID对多旋翼飞行器的姿态进行控制；
所述输入函数为g(t)，所述反馈函数为y(t)，其中t为时间；以输入函数g(t)和反馈函数y(t)为基础，采用对输入函数与反馈函数在t时间的积分法构建适应度函数f(t)：
Figure FDA0002376605940000021
所述获取模块，用于获取在预设时间范围内多次跃阶响应时的所述输入函数对应的输入值和所述反馈函数对应的反馈值；
所述计算模块，用于将所述输入值和反馈值代入所述适应度函数计算得到第一适应度参数f(t)；
所述判断模块，用于判断所述第一适应度参数是否超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围；
f(t)<MINERR，其中MINERR为多旋翼飞行器的PID控制器能接受的控制误差范围；
所述处理模块，用于若所述第一适应度参数超出所述多旋翼飞行器的PID控制器的控制误差范围，对多旋翼飞行器的PID控制器的PID参数进行调节操作；
所述处理模块还包括编码单元、遗传单元和变异单元；
所述编码单元用于使用3个16bit的二进制来表示PID参数；
所述遗传单元用于使用3个16bit的二进制的后四位互相交换；
所述变异单元用于使用3个16bit的二进制的任意一位进行取反。
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