基于自适应调参的扑翼飞行器智能位置控制方法与流程

本发明涉及扑翼飞行器，特别涉及一种基于自适应调参的扑翼飞行器智能位置控制方法。

背景技术：

1、无人机技术的高速发展，让多旋翼这种可以原地起飞降落、空中驻停的飞行器的技术日趋成熟，但同时也让它的缺点显露无疑，诸如，噪声大、杀伤力大、危险系数高等。所以越来越多的专家将眼光转向进了扑翼飞行器。

2、与传统的固定翼飞行器和多旋翼飞行器相比，扑翼飞行器具有独特的优点：能够原地或小区域内起飞，具有优秀的飞行机动能力、空中悬停能力，和较为低廉的飞行成本。扑翼飞行器将升降、悬停和推进功能集于一身，依靠扑翼的飞行方式，能够快速高效的改变飞行姿态具有极强的机动性和灵活性。

3、由于扑翼飞行器是一种非线性不定常的系统，使得它的控制系统非常复杂且难以实现。目前，大多数的控制方法都是将扑翼飞行器的动力学模型线性化，再用线性控制器如pid控制进行控制，但是这种线性化的方案也带来很多弊端，比如：抗干扰性差、飞行模态难以切换等等。具有自适应自整定pid参数的模糊pid控制方法在这种情况下更有优势，pid控制是实际生产生活中使用最多最成熟的控制方法，但是针对扑翼飞行器这种非线性时变系统，往往需要动态调整pid参数，而模糊pid控制正好能够满足需求。并且，在模糊控制中，最重要的是模糊规则的制定，模糊规则通常是基于实际生产的经验即专家经验进行设定，而本公司长期从事飞行器的设计生产，具有丰富的飞行经验和大量飞行数据，完全能够制定出切实可行的模糊规则。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种基于自适应调参的扑翼飞行器智能位置控制方法，入模糊控制能够有效对飞行器进行控制，对于飞行过程中的外界干扰和各种突发情况，本发明通过工程总结的模糊规则及时处理信息，输出合适的pid参数，使飞行器具有更强的抗干扰能力和更强的鲁棒性。

2、为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

3、本发明提供一种基于自适应调参的扑翼飞行器智能位置控制方法，包括以下步骤：

4、预处理步骤s0、设定模糊pid控制器中的初始参数kp0、ki0、kd0、we、

5、其中，

6、kp0、ki0、kd0为扑翼飞行器中模糊pid控制器的初始比例积分微分参数；

7、we、分别为位置误差e和位置误差的一阶导数的论域；

8、论域we、分别包括ai(e)、ai+1(e)、ai+2(e)、ai+3(e)…ai+n(e)；等参数；

9、分别为kp、ki和kd对应的论域；

10、s1、根据机载测量单元采集的扑翼飞行器的位置信息，获得扑翼飞行器的实际位置；

11、s2、计算扑翼飞行器的实际位置与期望位置之间的位置误差e和位置误差一阶导数并将其输入至模糊控制器解算得到实际输出数值

12、s3、将实际输出数值输入pid控制器并输出计算结果u，扑翼飞行器根据计算结果u向期望位置进行运动；

13、s4、在扑翼飞行器向期望位置运动过程中，机载测量单元按预设频率向模糊pid控制器发送实际位置信息，模糊pid控制器重复步骤s1-s3，最终实现对扑翼飞行器的位置控制。

14、优选地，步骤s2包括以下子步骤：

15、预处理步骤s20、将初始参数kp0、ki0、kd0输入至pid控制器中获得初始控制量；

16、扑翼飞行器获得初始控制量后进行执行，并获得扑翼飞行器的实际位置信息，与期望位置作差后得到位置误差e和误差一阶导数

17、s21、模糊化处理：根据位置误差e和位置误差一阶导数计算得到梯形隶属度函数值ue和

18、

19、其中，

20、ai(e)为隶属函数ue第i个梯形隶属区间的下上限；

21、ai+1(e)为隶属函数ue第i个梯形隶属区间的上上限；

22、ai+2(e)为隶属函数ue第i个隶属区间的上下限；

23、ai+3(e)为隶属函数ue第i个隶属区间的下下限；

24、

25、其中，

26、为隶属函数第i个梯形隶属区间的下上限；

27、为隶属函数第i个梯形隶属区间的上上限；

28、为隶属函数第i个隶属区间的上下限；

29、为隶属函数第i个隶属区间的下下限；

30、s22、进行模糊推理：根据kp、ki和kd的模糊规则表计算kp、ki和kd的隶属度

31、s23、进行解模糊处理：根据kp、ki和kd的隶属度通过重心法进行解模糊处理得到kp、ki和kd三个参数的实际输出数值。

32、优选地，重心法的计算公式为：

33、

34、

35、

36、其中，

37、分别为解模糊化后kp、ki和kd三个参数的实际输出数值；

38、zpi，zii，zdi分别为kp、ki和kd对应各自论域内的取值；

39、分别为kp、ki和kd对应各自论域内的隶属度值。

40、优选地，kp的论域为[-0.3，0.3]；

41、ki的论域为[-0.06，0.06]；

42、kd的论域为[-3,3]。

43、优选地，pid控制器的解算公式为：

44、

45、其中，

46、n表示第n次测量；

47、即机载测量单元每输出一次位置信息，模糊pid控制器就会进行一次模糊解算输出一次

48、优选地，预设频率为10hz。

49、优选地，模糊规则rij为：

50、rij：if e is a andis b；

51、其中，

52、a为位置误差e在隶属度函数ue中的隶属度值；

53、b为位置误差一阶导数在隶属度函数中的隶属度值；

54、为kp、ki和kd对应的模糊子集；

55、为kp、ki和kd在模糊规则表中的隶属度。

56、与现有的技术相比，本发明具有以下优点：

57、1)本发明对于扑翼飞行器这种的非线性时变系统，加入模糊控制能够有效对飞行器进行控制，对于飞行过程中的外界干扰和各种突发情况，本发明通过工程总结的模糊规则及时处理信息，输出合适的pid参数，使飞行器具有更强的抗干扰能力和更强的鲁棒性。

58、2)本发明能够实时更新pid参数，使控制系统具有更快的响应速度。

59、3)本发明对于复杂模型的参数精度要求较低，一定程度上降低了pid控制系统广泛存在的调参难题，有更好的实用性。

60、4)本发明相比于固定翼、四旋翼等其他常见的飞行器，扑翼飞行器在飞行过程中具有更强烈的自身震动，对于需要精确的运动模型的控制方法，这种震动很容易影响系统的稳定性。对于扑翼飞行器这种特性，模糊控制技术不需要精确的运动模型，并且非线性的控制关系能很大程度上减少自身震动对于控制器性能的影响。