[发明专利]尾座式无人机纵向姿态双模糊控制系统及方法

权利要求书

1.一种尾座式无人机纵向姿态双模糊控制系统，其特征在于，包括：

变论域分形因子调整单元：采用系统误差变化率de以及归一化误差加速度r_v作为变论域分形因子，根据变论域分形条件和论域调整规则，得到模糊控制器I的输入变量和输出变量的论域调整时刻和变化范围；

增益C模糊调整单元：根据空速V_p和系统误差e的变化，基于模糊控制器II的模糊规则，利用其输出进一步调节模糊控制器I的输出变量论域增益；

模糊控制单元：通过变论域分形因子调整单元和增益C模糊调整单元调整后的输入变量和输出变量的论域，基于模糊规则，根据输入变量的大小，输出得到PID控制器参数的增量ΔK_p，ΔK_i和ΔK_d；

PID控制单元：利用模糊控制单元输出的PID参数，根据系统误差e及误差变化率de，输出控制量u驱动执行机构对飞行器的俯仰姿态回路进行控制。

2.如权利要求1所述的尾座式无人机纵向姿态双模糊控制系统，其特征在于：所述变论域分形因子调整单元采用两个分形因子，分别为误差变化率de和一种归一化误差加速度参量r_v；

选用误差变化率de作为分形因子de(k)＝e(k)-e(k-1)，当de＝0，即误差e到达一次极值时，系统自动进行一次分形；

选用一种归一化误差加速度参量r_v作为分形因子：

式中de(·)＝max{|de(k)|,|de(k-1)|}；

r_v(k)取值的变化范围为[-1,1]；当r_v(k)趋近于1时，系统响应加快；当r_v(k)趋近于-1时，系统响应减慢；当r_v(k)趋近于0时，系统以一定的响应速度上升或下降。

3.如权利要求1所述的尾座式无人机纵向姿态双模糊控制系统，其特征在于，所述变论域分形条件包括以下两种：r_v(k)·r_v(k-1)≤0或de(k)·de(k-1)≤0，且需同时满足e(k)≠0，其中de(k)和r_v(k)分别为误差变化率和归一化误差加速度参量的当前值，de(k-1)和r_v(k-1)分别为误差变化率和归一化误差加速度参量的上一时刻值。

4.如权利要求3所述的尾座式无人机纵向姿态双模糊控制系统，其特征在于：当r_v(k)·r_v(k-1)≤0，误差变化率de(A)到达极值，误差变化速度开始衰减，此时对论域进行调整，将当前的误差e(A)作为误差变量新的论域。

5.如权利要求3所述的尾座式无人机纵向姿态双模糊控制系统，其特征在于：当de(k)·de(k-1)≤0时，系统的超调量到达极值，即误差e(B)到达一个局部最大值，此时对论域进行调整。

6.如权利要求1所述的尾座式无人机纵向姿态双模糊控制系统，其特征在于，所述论域调整规则如下：

确定模糊控制器I的输入变量e,de和输出变量ΔK_p，ΔK_i和ΔK_d的初始论域，分别为和

在系统运行过程中，每次满足分形条件时，系统自动进行一次论域的调整；当系统运行到第N个分形时刻时，将当前误差e_N的绝对值作为输入变量e的当前论域范围，记为输出变量中，ΔK_p和ΔK_d的论域伸缩应与误差的论域伸缩保持单调一致性，ΔK_i的论域伸缩与误差的论域伸缩保持单调反向性；其第N次分形后输入变量de和输出变量ΔK_p，ΔK_i和ΔK_d的论域范围如下：

其中c_ec，分别代表各个变量的论域伸缩程度相对于误差论域伸缩程度的比例系数；C为输出变量论域的增益，其值由模糊控制器II的输出获得。