神經網絡與非線性連續無人直升機姿態控制方法
2023-06-28 14:04:06
神經網絡與非線性連續無人直升機姿態控制方法
【專利摘要】本發明屬於小型旋翼式無人飛行器自主飛行控制研究領域，為提供一種無人機控制方法，使無人直升機實現快速、準確的鎮定控制，並且對系統的不確定性具有良好的魯棒性，為此，本發明採用的技術方案是，神經網絡與非線性連續無人直升機姿態控制方法，包括如下步驟：一、小型無人直升機動力學模型分析首先給出如下的剛體動力學模型：二、無人直升機姿態控制得到如下閉環系統：其中且本發明主要應用於小型旋翼式無人飛行器的設計製造。
【專利說明】神經網絡與非線性連續無人直升機姿態控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於小型旋翼式無人飛行器自主飛行控制研究領域，主要針對一種單旋翼無人飛行器的控制算法設計，包括非線性魯棒姿態控制律的設計和姿態飛行控制實驗，具體講，涉及基於神經網絡與非線性連續魯棒控制的無人直升機姿態控制方法。
【背景技術】
[0002]無人駕駛飛機簡稱無人機，是指可以通過無線遙控或程序控制來操縱的不載人飛機。無人機誕生於20世紀20年代，從50年代開始得到了迅速的發展。無人機具有靈活、低成本、易攜帶和多次使用的特點，通過給無人機裝載自動飛行控制系統，併集成各類機載傳感器、圖像採集設備以及無線通信設備等，可以使其完成載人飛機難以完成的危險任務，因此無人機在軍事和民用方面有著廣泛的應用和廣闊的發展前景。進入21世紀以來，無人機的技術日益成熟，在一定程度上反映了一個國家的航空技術和智能技術的發展程度。
[0003]近年來，我國各高校在無人機領域取得了許多研究成果並且發展迅速。如針對單一的控制方法往往難以滿足飛行控制性能的問題，設計基於單神經元的PID速度控制，不僅保持了經典控制器結構簡單、易實現的特點，又通過神經元在線調節控制增益，以適應無人機飛行狀態的變化，提高了無人機在陣風乾擾下的自主懸停能力(會議:第二十七屆中國控制會議；著者:吳建德，萬舟，熊新；出版年月:2008年；文章題目:一種基於單神經元的無人直升機複合PID速度控制；頁碼:295-299)。又如針對無人機懸停狀態下的動力學模型，提出一種基於最小二乘法和遺傳算法的辨識方法，克服了遺傳算法收斂過快的不足，並且在Mettler等人提出的模型基礎上進一步簡化了無人機懸停狀態時的動力學模型，在實際工程應用中取得了很好的應用成果(期刊:機器人；著者:杜玉虎，房建成，盛蔚；出版年月:2012年；文章題目:基於最小二乘與自適應免疫遺傳算法的小型無人直升機系統辨識；頁碼:72-77)。
[0004]另一方面，世界各國軍方和院校在小型無人直升機的控制方面也取得了一定的成果。如喬治亞理工學院的直升機研究組利用基於神經網絡的自適應控制器設計，可以通過在線訓練的神經網絡校正模型誤差，並引入了 Pseudo Control Hedging方法減少外環位置模型和內環姿態模型的適應誤差，最終在GTmax無人機上實現了精確的位置控制。(期幹丨J:Journal of Guidance, Control, and Dynamics;著者:Johnson E N, Kannan S K;出版年月:2005 年；文章題目:Adaptive trajectory control for autonomous helicopters;頁碼:524 - 538)。土耳其海峽大學的無人直升機科研組，設計了基於模糊邏輯的控制器，包括三個模糊模塊，分別用來調節無人機的姿態角、速度和高度，最後通過MATLAB和AerosimAeronautical Simulation Block Set 中的 Aerosonde UAV 模型仿真驗證了多種飛行狀態下的控制效果，獲得了很好的仿真結果(期刊:Journal of Intelligent andRoboticSystems;著者:Kurnaz S，Cetin O, Kaynak O ;出版年月:2009 年；文章題目:Fuzzy logic based approach to design of fight control and navigation tasks forautonomous unmanned aerial vehicles ;頁石馬:229 - 244)。[0005]從控制方法來講，上述科研機構及高校都針對無人直升機提出了較好的解決方案。但是大多停留在仿真實驗中，並且對系統模型的依賴程度較高，對於實際飛行是否可用仍然未知。
【發明內容】
[0006]本發明旨在解決克服現有技術的不足，為提供一種無人機控制方法，使無人直升機實現快速、準確的鎮定控制，並且對系統的不確定性具有良好的魯棒性，為此，本發明採用的技術方案是，神經網絡與非線性連續無人直升機姿態控制方法，包括如下步驟:
[0007]一、小型無人直升機動力學模型分析
[0008]首先給出如下的剛體動力學模型:
[0009]
【權利要求】
1.一種神經網絡與非線性連續無人直升機姿態控制方法，其特徵是，包括如下步驟: 一、小型無人直升機動力學模型分析 首先給出如下的剛體動力學模型:
【文檔編號】G05D1/08GK103760906SQ201410044087
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月29日 優先權日:2014年1月29日
【發明者】鮮斌, 劉世博, 張垚, 趙勃 申請人:天津大學