[发明专利]尾座式无人机纵向姿态双模糊控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种尾座式无人机纵向姿态双模糊控制系统及方法，涉及无人机姿态控制系统及方法技术领域。所述系统包括两个模糊控制器，模糊控制器I采用变论域分形思想设计，以误差e和误差变化de作为模糊控制器的输入，以PID控制器的参数ΔK_p，ΔK_i和ΔK_d作为输出，以误差变化de和一种归一化误差加速度参量r_v作为分形因子，可以提高系统的动态响应性能，解决俯仰姿态回路响应速度慢的问题；模糊控制器II以飞行速度和系统误差为输入，以论域增益C为输出，利用其输出实时调整论域分形模糊控制器I的输出论域范围，使PID控制器的参数不仅跟随系统误差的变化而变化，解决俯仰姿态回路因受飞行速度变化影响引起的震荡问题。

技术领域

本发明涉及无人机姿态控制系统及方法技术领域，尤其涉及一种尾座式无人机纵向姿态双模糊控制系统及方法。

背景技术

尾坐式无人机作为一种新型无人机，具有垂直起降、空中悬停和快速水平飞行等优点。与固定翼无人机相比，其对起降条件要求低，可在山地、舰艇和城市等场地进行垂直起降；与无人直升机相比，其具有较快的飞行速度。该型无人机具有较强的适应能力和快速反应能力，应用领域广，能够满足多种任务需求，是无人机领域发展的一个重要方向。

尾坐式无人机的飞行模式有三种，分别为垂直飞行模式、过渡飞行模式和水平飞行模式。垂直起降固定翼无人机通过机体的俯仰运动实现垂直飞行模式和水平飞行模式之间的转换，无需额外的推力换向装置。垂直起降固定翼无人机以机尾坐地的方式垂直起飞，到达一定高度后转入水平飞行模式以巡航速度快速接近目标区域，到达目标区域后以盘旋或悬停的方式执行侦查、监视等飞行任务，完成任务后，以水平飞行模式快速返航，降落时转入垂直飞行模式，减小推力垂直降落。

但该型无人机的缺点是在垂直飞行模式下，由于自身气动布局影响，飞行姿态易受气流干扰，自适应性和鲁棒性差，稳定性容易受到破坏；过渡飞行模式下，俯仰角和空速等多种飞行参数会发生较大的非线性变化，需要控制器具有良好的自适应能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种尾座式无人机纵向姿态双模糊控制系统及方法，所述系统通过使用两个模糊控制器，不仅可以提高系统的动态响应性能，解决俯仰姿态回路响应速度慢的问题，还可以增强控制器对不同飞行状态的自适应调节能力，解决俯仰姿态回路因受飞行速度变化影响引起的震荡问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：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。

进一步的技术方案在于：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de和一种归一化误差加速度参量r_v；

选用误差变化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；