基于模糊前饋單旋翼無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)非線性魯棒控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于微小型旋翼式無(wú)人飛行器自主飛行控制研究領(lǐng)域，為提供一種無(wú)人機(jī)控制方法，使無(wú)人直升機(jī)實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的鎮(zhèn)定控制，并且該控制器對(duì)模型先驗(yàn)知識(shí)依賴較低，對(duì)系統(tǒng)的不確定性具有良好的魯棒性，為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，基于模糊前饋單旋翼無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)非線性魯棒控制方法，包括如下步驟：一、單旋翼無(wú)人直升機(jī)動(dòng)力學(xué)模型單旋翼無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型形式如下：二、基于模糊前饋的非線性半連續(xù)魯棒控制器設(shè)計(jì)</maths>。本發(fā)明主要應(yīng)用于微小型旋翼式無(wú)人飛行器的設(shè)計(jì)制造。
【專利說(shuō)明】基于模糊前饋單旋翼無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)非線性魯棒控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微小型旋翼式無(wú)人飛行器自主飛行控制研究領(lǐng)域，主要針對(duì)一種單旋翼無(wú)人飛行器的控制算法設(shè)計(jì)，包括無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型介紹、基于模糊前饋非線性半連續(xù)魯棒控制器設(shè)計(jì)以及姿態(tài)飛行控制實(shí)驗(yàn)，具體講，涉及基于模糊前饋的單旋翼無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)非線性魯棒控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單旋翼無(wú)人直升機(jī)是旋翼式飛行器的一種，一般搭載自主飛行控制器、傳感器以及無(wú)線通信系統(tǒng)等，能夠?qū)崿F(xiàn)自主飛行以及自主執(zhí)行多任務(wù)。單旋翼無(wú)人飛行器能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降，在空中能夠?qū)崿F(xiàn)懸停、前飛、后飛、側(cè)飛等飛行動(dòng)作，具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性和靈活性。因此，單旋翼無(wú)人直升機(jī)近年來(lái)被大量應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域，受到了大批研究人員的關(guān)注。但單旋翼無(wú)人直升機(jī)有極強(qiáng)的靜不穩(wěn)定性，且在動(dòng)力學(xué)上具備欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合與非線性等特點(diǎn)，使得單旋翼無(wú)人直升機(jī)飛行控制器設(shè)計(jì)難度大大提升。
[0003]目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多高校和科研機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行單旋翼無(wú)人直升機(jī)方面的研究。如南京航空航天大學(xué)研究小組，針對(duì)單旋翼無(wú)人機(jī)非線性非仿射系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種模糊自適應(yīng)控制器以及輸出反饋 控制器，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的輸出反饋控制。通過(guò)無(wú)人機(jī)飛行控制數(shù)值仿真驗(yàn)證了算法有效性，并沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(期刊:南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)；著者:常勇，盧廣山，姜長(zhǎng)生；出版年月:2013年；文章題目:無(wú)人機(jī)非線性非仿射飛控系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊H c?輸出反饋控制及其應(yīng)用；頁(yè)碼--第45卷第I期99-103)。又如北京航空航天大學(xué)的研究小組，根據(jù)已辨識(shí)模型，提出了一種改進(jìn)的無(wú)人直升機(jī)H c?魯棒控制器設(shè)計(jì)方法，使系統(tǒng)具有更寬的魯棒穩(wěn)定裕度。使用該魯棒控制器進(jìn)行了數(shù)值仿真驗(yàn)證，并沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(期刊:航空學(xué)報(bào)；著者:劉鵬，王強(qiáng)，蒙志君；出版年月:2012年；文章題目:基于飛行品質(zhì)評(píng)估的無(wú)人直升機(jī)魯棒控制器設(shè)計(jì)；頁(yè)碼--第33卷第9期1587-1597)。
[0004]另一方面，國(guó)外研究人員在單旋翼無(wú)人直升機(jī)的控制方面也取得了一定的成果。如澳大利亞國(guó)防學(xué)院的研究小組，針對(duì)無(wú)人直升機(jī)真實(shí)飛行的陣風(fēng)干擾，基于無(wú)人直升機(jī)線性模型，利用反步法設(shè)計(jì)了滾轉(zhuǎn)、俯仰通道的魯棒控制器，并通過(guò)與LQR控制器對(duì)比驗(yàn)證了控制器有效性。論文僅完成了數(shù)值仿真驗(yàn)證，并未進(jìn)行相應(yīng)實(shí)際飛行實(shí)驗(yàn)(會(huì)議:the31stChinese Control Conference ;著者:Roy T K, Pota H R, Garratt M ;出版年月:2012 年；文章題目:Robust control for longitudinal and lateral dynamics of small scalehelicopter ;頁(yè)碼:2607_2612)。韓國(guó)建國(guó)大學(xué)的研究小組，針對(duì)小型單旋翼無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)，利用加權(quán)函數(shù)以及H c?控制方法，設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)姿態(tài)魯棒控制器，使用無(wú)人機(jī)非線性模型進(jìn)行了數(shù)值仿真，驗(yàn)證了控制器抗風(fēng)性能，并未進(jìn)行相關(guān)飛行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(期刊Journalof Aerospace Engineering ;著者:Jeong D Y, Kang Τ, Dharmayanda H R ;出版年月:2011 年；文章題目:H-1nfinity Attitude Control System Design for a Small-ScaleAutonomous Helicopter with Nonlinear Dynamics and Uncertainties ;頁(yè)石馬:第 25卷第4 期 501-518)。[0005]上述研究機(jī)構(gòu)都針對(duì)單旋翼無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)控制提出了較好的解決方案，對(duì)于控制器抗干擾能力及魯棒性進(jìn)行了改進(jìn)。但是由于部分控制器設(shè)計(jì)對(duì)模型依賴較強(qiáng)并且算法復(fù)雜度較高，大多停留在數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)中，在實(shí)際飛行實(shí)驗(yàn)中的控制精度與魯棒性仍然未知。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在解決克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為提供一種無(wú)人機(jī)控制方法，使無(wú)人直升機(jī)實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的鎮(zhèn)定控制，并且該控制器對(duì)模型先驗(yàn)知識(shí)依賴較低，對(duì)系統(tǒng)的不確定性具有良好的魯棒性，為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，基于模糊前饋單旋翼無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)非線性魯棒控制方法，包括如下步驟:
[0007]一、單旋翼無(wú)人直升機(jī)動(dòng)力學(xué)模型
[0008]單旋翼無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型形式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于模糊前饋單旋翼無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)非線性魯棒控制方法，其特征是，包括如下步驟: 一、單旋翼無(wú)人直升機(jī)動(dòng)力學(xué)模型 單旋翼無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型形式如下:
【文檔編號(hào)】G05D1/08GK103760905SQ201410043474
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】鮮斌, 王福, 張垚, 張旭 申請(qǐng)人:天津大學(xué)