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🔥 内容介绍

一、引言

四旋翼飞行器以其灵活的机动性和广泛的应用场景，在航拍、物流配送、农业植保等领域备受关注。实现精确的轨迹跟踪是四旋翼飞行器有效执行任务的关键，这依赖于高性能的位置和姿态控制器。传统 PID 控制虽应用广泛，但在应对复杂干扰和模型不确定性时存在局限。自抗扰控制（ADRC）作为一种新兴控制策略，具备对系统不确定性和干扰的强鲁棒性。本文深入探讨基于 PID - ADRC 的四旋翼位置和姿态轨迹跟踪控制，并对传统 PID 与 ADRC 进行对比分析。

二、四旋翼动力学模型

四旋翼飞行器通过四个旋翼的旋转产生升力和扭矩，实现姿态调整和位置移动。其动力学模型可描述为：

（一）姿态动力学

五、基于 PID - ADRC 的轨迹跟踪系统模块

（一）轨迹生成器

轨迹生成器根据任务需求生成四旋翼飞行器的期望位置和姿态轨迹。常见的轨迹包括直线、圆形、正弦曲线等。通过设定轨迹参数，如起点、终点、速度、加速度等，生成连续平滑的轨迹信号，作为位置和姿态控制器的输入。

（二）位置控制器

位置控制器接收轨迹生成器的期望位置信号和四旋翼的实际位置反馈，采用 PID 或 ADRC 算法计算所需的升力和姿态指令。PID 位置控制器根据位置偏差直接计算控制量；ADRC 位置控制器则通过 TD 跟踪期望位置信号，ES 估计系统状态和扰动，NLSELF 计算控制量，以克服系统不确定性和外界干扰，实现精确位置跟踪。

（三）升力与姿态转换

该模块将位置控制器输出的升力和姿态指令转换为四旋翼飞行器实际的控制输入，即四个旋翼的转速。通过动力学模型关系，根据期望的升力和姿态角，计算每个旋翼需要产生的升力，进而得到相应的旋翼转速。

（四）姿态控制器

姿态控制器接收升力与姿态转换模块输出的姿态指令和四旋翼的实际姿态反馈，同样采用 PID 或 ADRC 算法计算控制扭矩，调整飞行器姿态。PID 姿态控制器基于姿态偏差计算控制扭矩；ADRC 姿态控制器利用 TD、ES 和 NLSELF，对姿态系统的不确定性和干扰进行估计和补偿，实现稳定的姿态控制。

（五）四旋翼动力学模型

四旋翼动力学模型根据姿态控制器输出的控制扭矩和升力与姿态转换模块输出的旋翼转速，模拟四旋翼飞行器的实际运动，输出飞行器的实时位置和姿态信息，反馈给位置和姿态控制器，形成闭环控制系统。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1]刘刚,王彪,曹云峰.PID/ADRC控制器在四旋翼无人飞行控制中的应用[J].云南民族大学学报:自然科学版, 2014.DOI:CNKI:SUN:YNMZ.0.2014-02-018.

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