[发明专利]一种尾推式双涵道无人机模糊自适应姿态控制方法

说明书

本发明提出一种尾推式双涵道无人机模糊自适应姿态控制方法，该方法针对尾推式双涵道布局的无人机，该无人机通过双涵道转速差动操纵滚转运动，尾旋翼纵向和横向周期变距分别操纵俯仰和航向运动；针对该特殊构型无人飞行器的操纵特性和操纵规律，利用专家经验的模糊自适应控制算法，模仿人类经验的方式进行模糊推理，依据被控对象的数学模型，研究姿态偏差及其速率偏差E/EC变化的规律，从而建立自适应模糊PID参数修正规则表，在控制过程中动态获得初始PID参数的修正量。仿真结果表明在线实时修订的PID参数对该尾推式双涵道无人机姿态控制可以获得良好的控制效果。

技术领域

本公开专利涉及新构型无人机飞行控制领域，尤其涉及尾推式双涵道无人机飞行控制领域。

背景技术

涵道式无人机结构紧凑，具备垂直起降功能，适用于环境密集、空域狭小、起降场地复杂的飞行环境，同直升机相比没有大直径旋翼，在飞行过程中有效地提高无人机的飞行安全性；其推进效率比多旋翼高，涵道壁面大幅度降低叶尖损失，涵道可以维持桨盘上下压差，优良的涵道唇口设计可以产生进气吸力，从而比单独螺旋桨产生更大的拉力；且旋翼置于涵道内部，有效地降低了噪声，并且涵道可进一步降低了热辐射性，提高隐蔽性。

鉴于以上自身优点，在复杂飞行环境下具有良好的实用性和应用前景。国外开展涵道无人机的研究工作较早，相比传统无人机而言，涵道风扇式无人机在结构设计、飞行控制以及气动布局等方面尚存在较多的问题，该领域的理论研究和实验研究，将为解决实际应用中面临的各种技术问题奠定基础。

目前主流的涵道式无人机，多以单涵道作为飞行器的主体并提供主升力，挂载空间狭小，且航电设备距离发动机较近，震动环境恶劣，飞机姿态控制依靠于内部导流板产生控制力或力矩，作用力臂较短，姿态控制稳定特性较差。

采用辅助涵道用来控制姿态的涵道式无人机，姿态控制一般至少需要四个小涵道，且一般大载重涵道无人机主涵道为油动动力，辅助涵道为电动动力，在任务飞行中对燃油和电能都有较大消耗，对使用和维护成本高。

发明内容

针对该新构型尾推式双涵道无人机，根据其特有的操纵方式及通道间耦合特性，提出一种可以有效控制该无人机稳定飞行的模糊自适应PID控制方法，实现该无人机的较好的姿态控制。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种尾推式双涵道无人机模糊自适应姿态控制方法，所述姿态控制方法应用于如下构型的无人机：机身两侧分别布置一个涵道用以提供主升力，在机尾布置可周期变距操纵的旋翼系统，旋翼轴与飞机纵轴线重合；所述姿态控制方法首先建立所述无人机的动力学模型，通过设计各个通道的模糊自适应PID控制器对无人机进行姿态调整控制，利用模糊控制原理在线实时修整PID参数，实现对尾推式双涵道无人机姿态控制。

优选地：所述的通过设计各个通道的模糊自适应PID控制器实现对该无人机的控制，具体包括以下步骤：

步骤一、通过遥控器给定期望的姿态角，将期望姿态角与当前姿态角作差得到偏差，将偏差乘以自适应控制参数K_af作为期望的角速率，将期望角速率与当前角速率作差作为偏差的变化率即速率偏差；

步骤二、通过量化系数将不同通道的姿态偏差和速率偏差缩放到某一论域内，按照设定的隶属度函数将其模糊化；

步骤三、根据系统特性建立PID三个控制律参数的模糊规则表，将模糊量代入模糊规则表进行模糊推理；

步骤四、通过去模糊化方法得到精确的控制量，利用该控制量修正初始PID参数；

步骤五：计算最终的控制输出量，根据该无人机控制规则将控制量分配到各个执行机构；