[發(fā)明專(zhuān)利]基于固定時(shí)間自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直升機(jī)系統(tǒng)控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310398010.4
• 申請(qǐng)日: 2023-04-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116466583A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙志甲;吳嘉樂(lè);蔡磊;鄒濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京八月瓜知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11543
• 代理人: 秦瑩

本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例提供了一種基于固定時(shí)間自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直升機(jī)系統(tǒng)控制方法，其中，方法包括：根據(jù)拉格朗日力學(xué)模型，建立在實(shí)際工程應(yīng)用中直升機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型；定義跟蹤誤差變量，設(shè)計(jì)輔助控制變量；采用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)直升機(jī)非線性系統(tǒng)中的不確定項(xiàng)；設(shè)計(jì)直升機(jī)系統(tǒng)的控制器和自適應(yīng)律，并通過(guò)對(duì)李亞普諾夫函數(shù)的建立和分析，證明了系統(tǒng)是最終一致有界的。不僅為系統(tǒng)提供了更快的收斂速度，在固定的時(shí)間內(nèi)保持直升機(jī)系統(tǒng)的跟蹤效果和閉環(huán)穩(wěn)定性，而且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)沉降時(shí)間與系統(tǒng)的初始條件無(wú)關(guān)，取得更好的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本文件涉及直升機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于固定時(shí)間自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直升機(jī)系統(tǒng)控制方法。

背景技術(shù)

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人直升機(jī)的性能逐漸提高。直升機(jī)作為一種典型的無(wú)人機(jī)，具有重量輕、體積小、起飛環(huán)境要求低的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于交通監(jiān)督、環(huán)境探測(cè)、搜救等領(lǐng)域。到目前為止，人們對(duì)直升機(jī)系統(tǒng)的控制進(jìn)行了大量的研究，并提出了許多技術(shù)，如PID控制、最優(yōu)跟蹤控制、線性二次調(diào)節(jié)器(LQR)控制、滑模控制。然而，直升機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng)，存在模型參數(shù)不確定性和軸間交叉耦合，這些方法忽略了系統(tǒng)的非線性和不確定性，可能在實(shí)際應(yīng)用中導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定性。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，考慮由控制器參數(shù)導(dǎo)出沉降時(shí)間函數(shù)的固定時(shí)間控制，可以不受系統(tǒng)初始條件的影響，解決收斂時(shí)間隨系統(tǒng)初始條件的增大而無(wú)限值增長(zhǎng)的問(wèn)題，同時(shí)提供了較快的收斂速度。因此，研究一種針對(duì)直升機(jī)系統(tǒng)的固定時(shí)間自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，來(lái)解決系統(tǒng)的非線性和不確定性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)誤差跟蹤在固定時(shí)間內(nèi)收斂，提升直升機(jī)系統(tǒng)的魯棒性是十分重要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于固定時(shí)間自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直升機(jī)系統(tǒng)控制方法，旨在解決上述問(wèn)題。

本發(fā)明提供一種基于固定時(shí)間自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直升機(jī)系統(tǒng)控制方法，包括：

S1、根據(jù)拉格朗日力學(xué)模型，建立在實(shí)際工程應(yīng)用中直升機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型；

S2、定義跟蹤誤差變量，設(shè)計(jì)輔助控制變量；

S3、采用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)直升機(jī)系統(tǒng)中的不確定項(xiàng)；

S4、設(shè)計(jì)直升機(jī)系統(tǒng)的控制器和自適應(yīng)律；

S5、建立李雅普諾夫函數(shù)；

S6、通過(guò)分析李雅普諾夫函數(shù)，證明直升機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

S7、通過(guò)Matlab平臺(tái)進(jìn)行仿真，分析仿真結(jié)果。

通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)直升機(jī)系統(tǒng)的未知?jiǎng)討B(tài)模型進(jìn)行估計(jì)，設(shè)計(jì)了新的控制器和自適應(yīng)律，并通過(guò)對(duì)李亞普諾夫函數(shù)的建立和分析，證明了系統(tǒng)是最終一致有界的。不僅為系統(tǒng)提供了更快的收斂速度，在固定的時(shí)間內(nèi)保持直升機(jī)系統(tǒng)的跟蹤效果和閉環(huán)穩(wěn)定性，而且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)沉降時(shí)間與系統(tǒng)的初始條件無(wú)關(guān)，取得更好的性能。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本說(shuō)明書(shū)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本說(shuō)明書(shū)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于固定時(shí)間自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直升機(jī)系統(tǒng)控制方法的流程圖；

圖2為實(shí)施例1中所考慮的2-DOF直升機(jī)系統(tǒng)的模型原理簡(jiǎn)圖；

圖3為實(shí)施例1中直升機(jī)在不同初始條件下實(shí)際和期望俯仰角的跟蹤響應(yīng)效果圖；

圖4為實(shí)施例1中直升機(jī)在不同初始條件下實(shí)際和期望偏航角的跟蹤響應(yīng)效果圖；

圖5為實(shí)施例1中直升機(jī)在不同初始條件下實(shí)際和期望俯仰角的跟蹤誤差圖；