[發(fā)明專利]一種應(yīng)用改進(jìn)的粒子群算法對四旋翼無人機(jī)控制的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810546838.9
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108763779A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬珺;康日暉;賈華宇;侯江寬
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/00
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 李富元

本發(fā)明涉及無人機(jī)自動(dòng)控制領(lǐng)域。一種應(yīng)用改進(jìn)的粒子群算法對四旋翼無人機(jī)控制的方法，隨機(jī)建立初始化粒子群,若本次迭代時(shí)粒子群中存在粒子的適應(yīng)度值小于種群最優(yōu)粒子P_g，種群最優(yōu)粒子P_g替換成該粒子；若本次迭代時(shí)存在單個(gè)粒子適應(yīng)度值小于個(gè)體歷史最優(yōu)粒子P_j，個(gè)體歷史最優(yōu)粒子P_j替換成該粒子,根據(jù)公式計(jì)算種群的調(diào)整概率P，本發(fā)明通過引入交叉、變異算法的機(jī)制對遺傳?粒子群算法進(jìn)行改進(jìn)，提高了時(shí)效性，實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)代無人機(jī)精準(zhǔn)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機(jī)自動(dòng)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無人機(jī)的穩(wěn)定控制是無人機(jī)系統(tǒng)研究的核心和重點(diǎn)之一，它的研究不僅具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，而且具有深遠(yuǎn)的理論意義。飛控算法的設(shè)計(jì)影響到了無人機(jī)飛行的穩(wěn)定性和靈活性。然而四旋翼無人機(jī)在控制方面存在很多難題，如無人機(jī)響應(yīng)速度慢，振蕩明顯等。

在過去的幾十年，各種控制算法被研究、運(yùn)用在無人機(jī)的穩(wěn)定控制中。為了提高控制的精準(zhǔn)度通常采用尋優(yōu)算法結(jié)合控制器的方式來對無人機(jī)進(jìn)行控制。控制器常用到的有PID控制器、反步法控制器、滑模控制器等。其中PID控制器因?yàn)槠浜喆稹⒏咝У膬?yōu)點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代無人機(jī)控制系統(tǒng)中。但是，PID控制器的控制效果過分的依賴于比例、積分、微分這三個(gè)參數(shù)的設(shè)定，所以整定PID控制器的三個(gè)參數(shù)成為了提高控制精度的重點(diǎn)。通常是采用尋優(yōu)算法來對這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，常見的尋優(yōu)算法有粒子群算法、模糊算法、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。

粒子群算法結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。經(jīng)常被應(yīng)用于整定PID控制器的三個(gè)參數(shù)中。但是，隨著算法的運(yùn)行，粒子容易出現(xiàn)因過早收斂而使算法過早結(jié)束的狀況，即通常說的“早熟”。為了避免這種狀況通常在粒子群算法中引入遺傳算法中交叉、變異的思想來改善粒子群中的粒子信息。這樣做能夠在很大程度上改善了局部最優(yōu)的狀況，但同時(shí)也不可避免的增加了算法的時(shí)間，影響了控制效率，這對于飛控這種對時(shí)效性要求很高的控制器來說是不能接受的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何針對遺傳-粒子群算法技術(shù)上存在的不足，加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的穩(wěn)定控制。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用改進(jìn)的粒子群算法對四旋翼無人機(jī)控制的方法，按照如下的步驟進(jìn)行

步驟一、隨機(jī)建立初始化粒子群，粒子群數(shù)目q，因?yàn)槭怯昧Ｗ尤簩ID控制器的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行整定，則算法的維度為d＝3，第i個(gè)粒子的位置Xi＝(xi1，xi2，xi3)代表第i個(gè)粒子的第[1，3]維度的位置分量，分別對應(yīng)PID控制器中的粒子群中第i個(gè)粒子的速度為V_i＝(v_i1，v_i2，v_i3)代表第i個(gè)粒子的第[1，3]維度的速度分量，q一般取大于100的自然數(shù)，i為小于等于q的自然數(shù)；

步驟二、任意一個(gè)粒子的適應(yīng)度值表示為t為時(shí)間，e(t)表示系統(tǒng)的理論輸出信號r(t)與實(shí)際輸出信號y(t)之間的偏差，即e(t)＝r(t)-y(t)，本次迭代時(shí)粒子群中適應(yīng)度值最小的粒子作為種群最優(yōu)粒子P_g，粒子群中每個(gè)粒子在本次迭代和本次迭代以前的迭代時(shí)適應(yīng)度值最小的粒子作為個(gè)體歷史最優(yōu)粒子P_j；

步驟三、粒子群按照下列公式更新粒子的位置和速度信息，若本次迭代時(shí)粒子群中存在粒子的適應(yīng)度值小于種群最優(yōu)粒子P_g，種群最優(yōu)粒子P_g替換成該粒子；若本次迭代時(shí)存在單個(gè)粒子適應(yīng)度值小于個(gè)體歷史最優(yōu)粒子P_j，個(gè)體歷史最優(yōu)粒子P_j替換成該粒子