[發(fā)明專(zhuān)利]一種四旋翼無(wú)人機(jī)直接自適應(yīng)模糊控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010177716.4
• 申請(qǐng)日: 2020-03-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111413994B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許森;陳友榮;王金銘;將燕君;劉半藤;王章權(quán);任條娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江樹(shù)人學(xué)院(浙江樹(shù)人大學(xué))
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/08
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專(zhuān)利代理有限公司 11429
• 代理人: 陳輝

本發(fā)明公開(kāi)了一種四旋翼無(wú)人機(jī)直接自適應(yīng)模糊控制方法，包括以下步驟：S1、對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)建模，并通過(guò)四旋翼無(wú)人機(jī)的數(shù)學(xué)模型分析得到控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；S2、在步驟S1的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上分別對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的位置控制算法和姿態(tài)控制算法進(jìn)行設(shè)計(jì)。本發(fā)明的四旋翼無(wú)人機(jī)直接自適應(yīng)模糊控制方法還通過(guò)自結(jié)構(gòu)算法對(duì)模糊系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，解決了四旋翼無(wú)人機(jī)的常規(guī)算法中的被控對(duì)象內(nèi)部結(jié)構(gòu)或外部環(huán)境發(fā)生變化而帶來(lái)被控對(duì)象和數(shù)學(xué)模型失配、控制效果大打折扣、系統(tǒng)不穩(wěn)定的不足之處。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種四旋翼無(wú)人機(jī)直接自適應(yīng)模糊控制方法。

背景技術(shù)

四旋翼無(wú)人機(jī)是一個(gè)具有6個(gè)自由度、4個(gè)控制輸入的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有非線性、多變量、強(qiáng)耦合和抗干擾能力弱的特性，常規(guī)的算法是將四旋翼無(wú)人機(jī)數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化成線性系統(tǒng)，或者采用局部線性化的方法將模型簡(jiǎn)化成線性系統(tǒng)，然后采用線性系統(tǒng)的控制算法對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行控制，此類(lèi)算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)施，但是當(dāng)被控對(duì)象內(nèi)部結(jié)構(gòu)或外部環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，容易導(dǎo)致被控對(duì)象和數(shù)學(xué)模型失配，導(dǎo)致控制效果大打折扣，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。本發(fā)明基于四旋翼無(wú)人機(jī)的非線性模型，提出了一種基于自結(jié)構(gòu)算法的四旋翼無(wú)人機(jī)直接自適應(yīng)模糊控制方法，并采用李雅普諾夫函數(shù)保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種四旋翼無(wú)人機(jī)直接自適應(yīng)模糊控制方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：

一種四旋翼無(wú)人機(jī)直接自適應(yīng)模糊控制方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)建模，并通過(guò)四旋翼無(wú)人機(jī)的數(shù)學(xué)模型分析得到控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；

S2、在步驟S1的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上分別對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的位置控制算法和姿態(tài)控制算法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

作為優(yōu)選，步驟S1中，首先對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)建模過(guò)程包括分別建立地球的參考系E和四旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)身的參考系B，E＝{X_e，Y_e，Z_e}，B＝{X_b，Y_b，Z_b}，并用(x,y,z)表示四旋翼無(wú)人機(jī)在三維空間的絕對(duì)位置，以及用(φ,θ,ψ)表示四旋翼無(wú)人機(jī)的三個(gè)歐拉角，三個(gè)歐拉角分別為橫滾角、俯仰角、航向角，其中(x,y,z)∈R³，(φ,θ,ψ)∈R³，然后根據(jù)牛頓歐拉方法得到四旋翼無(wú)人機(jī)空間位置子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型和四旋翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，四旋翼無(wú)人機(jī)空間位置子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型為：

四旋翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型為：

并將四旋翼無(wú)人機(jī)的四個(gè)控制輸入分別表示為：

以上式中Ω_i表示螺旋槳的轉(zhuǎn)速，u_i表示四旋翼無(wú)人機(jī)的控制量，其中i＝1,2,3,4，b表示推力因數(shù)，d表示阻力因子，m表示四旋翼無(wú)人機(jī)的質(zhì)量，g表示重力加速度，l表示四旋翼無(wú)人機(jī)的軸距，I_xx表示四旋翼無(wú)人機(jī)X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，I_yy表示四旋翼無(wú)人機(jī)Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，I_zz表示四旋翼無(wú)人機(jī)Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J_r表示四旋翼無(wú)人機(jī)螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。