[发明专利]一种海空两栖旋翼机器人姿态稳定的控制方法

说明书

本发明提出海空两栖旋翼机器人姿态稳定的控制方法，包括：实时检测旋翼机器人的姿态角测量值η_c＝(φ,θ,ψ)，其中φ、θ、ψ分别为机器人的俯仰角、滚转角和艏向角；姿态角测量值η_c与姿态角设定值η_s进行差值运算，得出k时刻姿态角误差e(k)及姿态角误差变化率Δe(k)；计算模糊控制器P的输入信号d_s和输出信号h(k)；求解混合模糊P+ID控制器的输出信号。本发明提供的海空两栖旋翼机器人姿态稳定的控制方法，实现海空两栖旋翼机器人在水下及跨介质运动时的姿态稳定，具有控制精度高的优点。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种海空两栖旋翼机器人姿态稳定的控制方法。

背景技术

随着国家对海洋调查和环境监测的相关需求日益增加，相关监测技术平台的研究也更加受到各研究机构的重视。传统的调查手段主要是水下机器人，但是水下机器人在水中移动速度慢，对于执行大范围、多点调查的任务效率低，两栖机器人既能在空中飞行又能在水中潜航，可以高效地完成海洋调查和监测任务，旋翼机器人具有结构简单、悬停能力强的优点，基于旋翼结构的海空两栖机器人结合了飞行机器人和水下机器人两者的优点，非常适合海洋调查和监测任务，但是其在水中的姿态容易受到水流的干扰，而且在跨介质飞行时，姿态难以保持稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海空两栖旋翼机器人姿态稳定的控制方法，以解决海空两栖旋翼机器人在水下及跨介质运动时姿态稳定的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提出一种海空两栖旋翼机器人姿态稳定的控制方法，包括：实时检测旋翼机器人的姿态角测量值η_c＝(φ,θ,ψ)，其中φ、θ、ψ分别为机器人的俯仰角、滚转角和艏向角；姿态角测量值η_c与姿态角设定值η_s进行差值运算，得出k时刻姿态角误差e(k)及姿态角误差变化率Δe(k)：e(k)＝η_s-η_c(k)；Δe(k)＝e(k)-e(k-1)；计算模糊控制器P的输入信号d_s和输出信号h(k)：求解混合模糊P+ID控制器的输出信号：

u(k)＝u(k-1)+Δu(k),

其中，Δu(k)为机器人推进器的控制信号u(k)的增量，T为采样周期，K_I是积分控制项系数，K_D是微分控制项系数，h(k)是单输入模糊P控制器的输出，e(k)为k时刻姿态角误差。

本发明提供的海空两栖旋翼机器人姿态稳定的控制方法，能够解决现有旋翼无人机难以在水下保持姿态稳定的问题，实现海空两栖旋翼机器人在水下及跨介质运动时的姿态稳定，与传统的旋翼无人机控制系统相比，具有控制精度高的优点。本发明提供的海空两栖旋翼机器人姿态稳定的控制方法对应的控制系统可以直接移植到现有旋翼机器人的控制系统上，无需增加任何传感器，可移植性强。该控制系统基于单输入模糊控制器的混合模糊P+ID的控制器，用模糊控制器代替了传统PID的比例项，改善了传统PID在用于旋翼机器人水下航行时姿态难以控制的问题，同时保留了传统PID控制器的积分项和微分项，起到了消除稳态误差和改善动态特性的作用。而且相比传统的两输入模糊控制器，单输入模糊控制器省去了模糊推理和反模糊化过程，提高了计算效率和控制系统的实时性。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的海空两栖旋翼机器人姿态稳定的控制方法的步骤流程示意图；

图2为本发明实施例提供的混合模糊P+ID的控制器传递函数框图。

具体实施方式