[發(fā)明專利]一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿昆蟲撲翼飛行器姿態(tài)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810799545.1
• 申請(qǐng)日: 2018-07-19
• 公開（公告）號(hào): CN108897334B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張超;張各各;姚瑞文;張衛(wèi)東;陸宇;曹剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08;G05B13/04
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

1.一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿昆蟲撲翼飛行器姿態(tài)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)設(shè)定仿昆蟲撲翼飛行器姿態(tài)控制模型中的比例微分控制器和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始參數(shù)，比例微分控制器和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始參數(shù)包括：

比例微分控制器的控制參數(shù)向量K_p、K_d，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)間二型三角隸屬度函數(shù)參數(shù)c_1i、d_1i、c_2j、d_2j以及參數(shù)更新因子β、α、q、η；

2)采集撲翼無人機(jī)姿態(tài)角信息，經(jīng)濾波融合后獲得實(shí)際量測(cè)的姿態(tài)角；

3)對(duì)實(shí)際量測(cè)的姿態(tài)角和預(yù)設(shè)的姿態(tài)角作差，獲得對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角誤差e和姿態(tài)角誤差的一階導(dǎo)數(shù)將其作為比例微分控制器和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入量，并計(jì)算比例微分控制器的輸出，同時(shí)更新模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，具體包括以下步驟：

31)計(jì)算比例微分控制器輸出

32)計(jì)算模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出u_f，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依次包括：

輸入層：將姿態(tài)角誤差e和姿態(tài)角誤差的一階導(dǎo)數(shù)輸入到模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中；

模糊層：依據(jù)區(qū)間二型三角模糊隸屬度函數(shù)將姿態(tài)角誤差e和姿態(tài)角誤差的一階導(dǎo)數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)區(qū)間的二型隸屬度函數(shù)值u_1i(e)、和所述的區(qū)間二型三角模糊隸屬度函數(shù)的表達(dá)式為：

其中，u_1i(e)分別為姿態(tài)角誤差e的第i個(gè)上、下隸屬度函數(shù)，其中，i＝1,2,…,I，分別為姿態(tài)角誤差的一階導(dǎo)數(shù)的第j個(gè)上、下隸屬度函數(shù)，其中，j＝1,2,…,J，為了維持區(qū)間二型三角模糊隸屬度函數(shù)的性質(zhì)，須滿足以下條件：

推理層：根據(jù)模糊推理規(guī)則R_ij計(jì)算每條規(guī)則對(duì)應(yīng)的后件數(shù)值f_ij，所述的模糊推理規(guī)則R_ij表示為：

其中，為姿態(tài)角誤差e在集合中第i個(gè)區(qū)間二型隸屬度函數(shù)，其中，i＝1,2,…,I，為姿態(tài)角誤差的一階導(dǎo)數(shù)在集合中的第j個(gè)區(qū)間二型隸屬度函數(shù)，其中，j＝1,2,…,J，為集合中第ij個(gè)清晰數(shù)，和分別為e和的區(qū)間二型隸屬度函數(shù)的集合，為后件清晰數(shù)的集合，即

規(guī)則層：通過乘積t-范算子計(jì)算每條規(guī)則的點(diǎn)火強(qiáng)度，所述的點(diǎn)火強(qiáng)度的表達(dá)式為：

其中，W_ij分別為上、下點(diǎn)火強(qiáng)度；

輸出層：根據(jù)每條規(guī)則對(duì)應(yīng)的后件數(shù)值f_ij以及上、下點(diǎn)火水平強(qiáng)度W_ij和計(jì)算出模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出u_f，所述的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出u_f的表達(dá)式為：

其中，和分別為第ij個(gè)神經(jīng)元?dú)w一化的低、高的點(diǎn)火水平強(qiáng)度，q為表示網(wǎng)絡(luò)輸出中的上限值和下限值所占的比例，且0≤q≤1；

33)對(duì)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行更新，采用比例微分控制器的輸出控制來調(diào)控模糊控制器，其參數(shù)更新規(guī)則如下：

其中，F(xiàn)＝[f₁₁,…,f_ij,…,f_IJ]是模糊推理規(guī)則的輸出向量，sgn(·)為符號(hào)函數(shù)，上標(biāo)·為求導(dǎo)；

4)仿昆蟲撲翼飛行器的機(jī)載飛行控制單元根據(jù)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出對(duì)姿態(tài)角進(jìn)行調(diào)控。