基于自适应调参的扑翼飞行器智能位置控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于自适应调参的扑翼飞行器智能位置控制方法，包括以下步骤：S1、根据机载测量单元采集的扑翼飞行器的位置信息，获得扑翼飞行器的实际位置。S2、计算位置误差e和位置误差一阶导数并将其输入至模糊控制器解算得到实际输出数值；S3、将实际输出数值输入PID控制器并输出计算结果u，根据计算结果u向期望位置进行运动；S4、机载测量单元按预设频率向模糊PID控制器发送实际位置信息，模糊PID控制器重复步骤S1

【技术实现步骤摘要】
基于自适应调参的扑翼飞行器智能位置控制方法


[0001]本专利技术涉及扑翼飞行器
，特别涉及一种基于自适应调参的扑翼飞行器智能位置控制方法。

技术介绍

[0002]无人机技术的高速发展，让多旋翼这种可以原地起飞降落、空中驻停的飞行器的技术日趋成熟，但同时也让它的缺点显露无疑，诸如，噪声大、杀伤力大、危险系数高等。所以越来越多的专家将眼光转向进了扑翼飞行器。
[0003]与传统的固定翼飞行器和多旋翼飞行器相比，扑翼飞行器具有独特的优点：能够原地或小区域内起飞，具有优秀的飞行机动能力、空中悬停能力，和较为低廉的飞行成本。扑翼飞行器将升降、悬停和推进功能集于一身，依靠扑翼的飞行方式，能够快速高效的改变飞行姿态具有极强的机动性和灵活性。
[0004]由于扑翼飞行器是一种非线性不定常的系统，使得它的控制系统非常复杂且难以实现。目前，大多数的控制方法都是将扑翼飞行器的动力学模型线性化，再用线性控制器如PID控制进行控制，但是这种线性化的方案也带来很多弊端，比如：抗干扰性差、飞行模态难以切换等等。具有自适应自整定PID参数的模糊PID控制方法在这种情况下更有优势，PID控制是实际生产生活中使用最多最成熟的控制方法，但是针对扑翼飞行器这种非线性时变系统，往往需要动态调整PID参数，而模糊PID控制正好能够满足需求。并且，在模糊控制中，最重要的是模糊规则的制定，模糊规则通常是基于实际生产的经验即专家经验进行设定，而本公司长期从事飞行器的设计生产，具有丰富的飞行经验和大量飞行数据，完全能够制定出切实可行的模糊规则。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术的目的是提出一种基于自适应调参的扑翼飞行器智能位置控制方法，入模糊控制能够有效对飞行器进行控制，对于飞行过程中的外界干扰和各种突发情况，本专利技术通过工程总结的模糊规则及时处理信息，输出合适的PID参数，使飞行器具有更强的抗干扰能力和更强的鲁棒性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0007]本专利技术提供一种基于自适应调参的扑翼飞行器智能位置控制方法，包括以下步骤：
[0008]预处理步骤S0、设定模糊PID控制器中的初始参数K
p
0、K
i
0、K
d
0、w
e
、
[0009]其中，
[0010]K
p
0、K
i
0、K
d
0为扑翼飞行器中模糊PID控制器的初始比例积分微分参数；
[0011]w
e
、分别为位置误差e和位置误差的一阶导数的论域；
[0012]论域w
e
、分别包括a
i(e)
、a
i+1(e)
、a
i+2(e)
、a
i+3(e)
…
a
i+n(e)
；等参数；
[0013]分别为K
p
、K
i
和K
d
对应的论域；
[0014]S1、根据机载测量单元采集的扑翼飞行器的位置信息，获得扑翼飞行器的实际位置；
[0015]S2、计算扑翼飞行器的实际位置与期望位置之间的位置误差e和位置误差一阶导数并将其输入至模糊控制器解算得到实际输出数值
[0016]S3、将实际输出数值输入PID控制器并输出计算结果u，扑翼飞行器根据计算结果u向期望位置进行运动；
[0017]S4、在扑翼飞行器向期望位置运动过程中，机载测量单元按预设频率向模糊PID控制器发送实际位置信息，模糊PID控制器重复步骤S1
‑
S3，最终实现对扑翼飞行器的位置控制。
[0018]优选地，步骤S2包括以下子步骤：
[0019]预处理步骤S20、将初始参数K
p
0、K
i
0、K
d
0输入至PID控制器中获得初始控制量；
[0020]扑翼飞行器获得初始控制量后进行执行，并获得扑翼飞行器的实际位置信息，与期望位置作差后得到位置误差e和误差一阶导数
[0021]S21、模糊化处理：根据位置误差e和位置误差一阶导数计算得到梯形隶属度函数值u
e
和
[0022][0023]其中，
[0024]a
i(e)
为隶属函数u
e
第i个梯形隶属区间的下上限；
[0025]a
i+1(e)
为隶属函数u
e
第i个梯形隶属区间的上上限；
[0026]a
i+2(e)
为隶属函数u
e
第i个隶属区间的上下限；
[0027]a
i+3(e)
为隶属函数u
e
第i个隶属区间的下下限；
[0028][0029]其中，
[0030]为隶属函数第i个梯形隶属区间的下上限；
[0031]为隶属函数第i个梯形隶属区间的上上限；
[0032]为隶属函数第i个隶属区间的上下限；
[0033]为隶属函数第i个隶属区间的下下限；
[0034]S22、进行模糊推理：根据K
p
、K
i
和K
d
的模糊规则表计算K
p
、K
i
和K
d
的隶属度
[0035]S23、进行解模糊处理：根据K
p
、K
i
和K
d
的隶属度通过重心法进行解模糊处理得到K
p
、K
i
和K
d
三个参数的实际输出数值。
[0036]优选地，重心法的计算公式为：
[0037][0038][0039][0040]其中，
[0041]分别为解模糊化后K
p
、K
i
和K
d
三个参数的实际输出数值；
[0042]z
pi
，z
ii
，z
di
分别为K
p
、K
i
和K
d
对应各自论域内的取值；
[0043]分别为K
p
、K
i
和K
d
对应各自论域内的隶属度值。
[0044]优选地，K
p
的论域为[
‑
0.3，0.3]；
[0045]K
i
的论域为[
‑
0.06，0.06]；
[0046]K
d
的论域为[
‑
3,3]。
[0047]优选地，PID控制器的解算公式为：
[0048][0049]其中，
[0050]n表示第n次测量；
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应调参的扑翼飞行器智能位置控制方法，其特征在于，包括以下步骤：预处理步骤S0、设定模糊PID控制器中的初始参数K
p
0、K
i
0、K
d
0、w
e
、其中，K
p
0、K
i
0、K
d
0为所述扑翼飞行器中模糊PID控制器的初始比例积分微分参数；w
e
、分别为位置误差e和位置误差的一阶导数的论域；论域w
e
、分别包括a
i(e)
、a
i+1(e)
、a
i+2(e)
、a
i+3(e)
…
a
i+n(e)
；等参数；分别为K
p
、K
i
和K
d
对应的论域；S1、根据机载测量单元采集的扑翼飞行器的位置信息，获得扑翼飞行器的实际位置；S2、计算所述扑翼飞行器的实际位置与期望位置之间的位置误差e和位置误差一阶导数并将其输入至模糊控制器解算得到实际输出数值S3、将所述实际输出数值输入PID控制器并输出计算结果u，所述扑翼飞行器根据所述计算结果u向所述期望位置进行运动；S4、在所述扑翼飞行器向期望位置运动过程中，所述机载测量单元按预设频率向所述模糊PID控制器发送实际位置信息，所述模糊PID控制器重复步骤S1
‑
S3，最终实现对所述扑翼飞行器的位置控制。2.根据权利要求1所述的基于自适应调参的扑翼飞行器智能位置控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：预处理步骤S20、将所述初始参数K
p
0、K
i
0、K
d
0输入至所述PID控制器中获得初始控制量；所述扑翼飞行器获得初始控制量后进行执行，并获得所述扑翼飞行器的实际位置信息，与所述期望位置作差后得到位置误差e和误差一阶导数S21、模糊化处理：根据所述位置误差e和位置误差一阶导数计算得到梯形隶属度函数值u
e
和和其中，a
i(e)
为所述隶属函数u
e
第i个梯形隶属区间的下上限；a
i+1(e)
为所述隶属函数u
e
第i个梯形隶属区间的上上限；
a
i+2(e)
为所述隶属函数u
e
第i个隶属区间的上下限；a
i+3(e)
为所述隶属函数u
e
第i个隶属区间的下下限；其中，为所述隶属函数第i个梯形隶属区间的下上限；为所述隶属函数第i个梯形隶属区间的上上限；为所述隶属函数第i个隶属...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帆，白越，王东，高源觐，柏镇，
申请(专利权)人：长春长光博翔无人机有限公司，
类型：发明
国别省市：