[發明專利]基于徑向基神經網絡的自動駕駛儀及其解耦控制方法

在審

• 申請號: 202011295688.2
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112286217A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 王江;胡少勇;林德福;王偉;王輝;師興偉;王雨辰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 范國鋒;劉冬梅

本發明公開了一種基于徑向基(RBF)神經網絡控制的自適應全解耦自動駕駛儀及控制方法，該系統包括用以接收制導系統實時傳遞出的需用過載信息的需用過載接收模塊，用于實時獲得飛行器的飛行參數的飛行器參數測量模塊，和獲得可用的舵指令的解耦控制模塊，其中，根據需用過載信息和飛行器的飛行參數獲得控制解耦的舵指令，再結合飛行器的飛行參數獲得過渡的舵指令，再結合飛行器的飛行參數獲得可用的舵指令，據此控制舵機打舵工作；其中，在利用解耦控制模塊解耦計算時，涉及到的狀態反饋矩陣和前饋補償矩陣都通過徑向基神經網絡模型和當前飛行器的狀況實時獲得，從而進一步提高控制性能。

技術領域

本發明涉及一種旋轉飛行器的控制系統及方法，具體涉及一種基于徑向基神經網絡控制的自適應全解耦自動駕駛儀及控制方法。

背景技術

旋轉飛行器通過采用自旋的方式可以帶來諸多益處，如有效降低飛行器結構設計偏差對飛行器彈道的影響、簡化控制系統設計、省略滾轉控制機構等等。但該類飛行器在帶來諸多益處的同時也存在一些弊端。由于飛行器自旋后會產生較大的滾轉角速度，這使得飛行器產生了氣動耦合、慣性耦合以及控制耦合等特性，使得俯仰通道和偏航通道間相互耦合交聯，不利于對飛行器俯仰、偏航兩通道進行精確控制。除此之外，舵機的滯后特性對旋轉飛行器的控制有著較大的影響，因此在設計自駕儀的時候有必要考慮舵機環節對飛行器控制系統的影響，而傳統的設計方法往往默認舵機為一階慣性環節，這種方法忽略了旋轉飛行器的控制耦合特性，且舵機模型建立不夠精確，這增加了所設計自駕儀的風險性，而如果將舵機認定為二階慣性環節，旋轉飛行器動力學模型為八階系統，模型較為復雜，且在解算過程中會涉及到求逆運算，八階系統求逆過于困難，飛行器的處理設備難以及時解算完成；這些問題為旋轉飛行器控制系統的精確穩定控制帶來了較為嚴峻的挑戰；

現有技術中，在實際控制旋轉飛行器的過程中，都是忽略了上述耦合的影響和二階慣性環節，所以飛行器的實際控制過程中存在一定的偏差，不過最終的制導控制效果還有待提高。

另外，現有的解耦自動駕駛儀的控制參數隨旋轉飛行器動力系數的變化而變化，因此一組或數組自動駕駛儀控制參數不足以滿足實際應用需求。

為了解決上述問題，本發明人對現有的駕駛儀做了深入研究，以期待設計出一種能夠解決上述問題的基于徑向基神經網絡控制的自適應全解耦自動駕駛儀及其解耦控制方法。

發明內容

為了克服上述問題，本發明人進行了銳意研究，設計出一種基于徑向基神經網絡控制的自適應全解耦自動駕駛儀及控制方法，該系統包括用以接收制導系統實時傳遞出的需用過載信息的需用過載接收模塊，用于實時獲得飛行器的飛行參數的飛行器參數測量模塊，和獲得可用的舵指令的解耦控制模塊，其中，根據需用過載信息和飛行器的飛行參數獲得控制解耦的舵指令，再結合飛行器的飛行參數獲得過渡的舵指令，再結合飛行器的飛行參數獲得可用的舵指令，據此控制舵機打舵工作，其中，在利用解耦控制模塊解耦計算時，涉及到的狀態反饋矩陣和前饋補償矩陣都通過徑向基神經網絡模型和當前飛行器的狀況實時獲得，從而進一步提高控制性能，從而完成本發明。

具體來說，本發明的目的在于提供一種基于徑向基神經網絡控制的自適應全解耦自動駕駛儀，該系統安裝在旋轉飛行器上，該系統包括

需用過載接收模塊1，其與旋轉飛行器上的制導系統相連，用以接收制導系統實時傳遞出的需用過載信息，

飛行器參數測量模塊2，其用于實時獲得飛行器的飛行參數，

解耦控制模塊3，其用于實時根據需用過載信息和飛行器的飛行參數獲得可用的舵指令，和

徑向基神經網絡模型4，其用于實時解算獲得解算可用的舵指令所需的狀態反饋矩陣和前饋補償矩陣。

其中，所述飛行器參數測量模塊2包括舵機姿態傳感器21、舵機角速率傳感器22、加速度計23、慣性陀螺24和估測器25；