[发明专利]基于嵌入式硬件的无人直升机飞控改进PSO算法验证方法

说明书

本发明公开了一种基于嵌入式硬件的无人直升机飞控改进PSO算法验证方法，基于飞控改进PSO算法，通过无人直升机仿真计算机与无人直升机机载飞控计算机内核通过串口通信连接，用于接收飞控计算机内核发出的舵机控制信息，并定步长运行无人直升机动力学模型，实时输出包含无人直升机姿态和位置状态信息，实现闭环控制，本发明采用MATLAB/SIMULINK平台，将嵌入式硬件实物通过串口连接到测试回路中，能够验证该控制算法是否能够满足性能要求，同时能够方便控制系统快速调参，提高开发效率。所述验证方法可以直接验证配置的飞控改进PSO算法参数的有效性，能够为半物理仿真实验参数配置和后续试验飞行决策提供参考。

技术领域

本发明属于无人直升机控制技术领域，具体涉及一种基于嵌入式硬件的无人直升机飞控改进PSO算法验证方法。

背景技术

无人直升机具有灵活性高、可操作性强的特点，能够实现垂直起降、空中定点悬停等功能，是一种在军事和民用领域应用广泛的无人机。随着计算机技术、微电子技术和自动控制技术等新兴技术的发展，众多研究机构也越来越重视无人直升机的研究工作，当前的应用环境对无人直升机的飞行控制提出了更高的要求，要求其具备快速响应能力和高控制精度，同时还需要具备一定的抗干扰性，这就要求无人直升机在实际飞行试验前能够对飞行控制器的性能进行模拟飞行验证。多数飞行控制器采用仿真全数字仿真的方式，把模型以及控制系统全部用数学模型代替进行仿真，忽略或者简化了很多物理性环节，只能反映控制器基本的工作状态，与实际飞行的效果存在较大的差距。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于嵌入式硬件的无人直升机飞控改进PSO算法验证方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于嵌入式硬件的无人直升机飞控改进PSO算法验证方法，包括以下步骤：

Step 1：初始化实验平台的仿真环境和设备，所述实验平台包括无人直升机仿真计算机和机载飞控计算机内核，所述无人直升机仿真计算机包括无人直升机动力学模型和串口通信模块；

Step 2：判断飞控计算机内核是否检测到起飞指令，如果是则执行Step 3，否则重复Step 2；

Step 3：无人直升机动力学模型读取串口接收的舵机控制信息，定步长运行无人直升机动力学模型并更新实时包含无人直升机动力学模型姿态和位置状态信息输出给串口通信模块；

Step 4：串口通信模块接收无人直升机动力学模型输出的状态信息，按照通信协议将状态信息打包成帧数据，发送给机载飞控计算机内核，同时将状态信息输出并显示；

Step 5：机载飞控计算机内核接收到串口通信模块发送的帧数据并做解码处理，根据外部目标指令，运行飞控改进PSO算法，计算得到优化后的PID控制参数，输出舵机控制信息，并将舵机控制信息按通信协议组帧发送给串口通信模块，所述改进PSO算法用于优化PID控制参数，该算法在每个迭代过程中引入差分进化算法对种群进行变异、交叉、选择操作，具体操作步骤如下：

①变异操作：

设定d为空间维数，N为粒子群种群规模，第k代种群中第i个变异个体为Y_i(k+1)＝(y_i,1(k+1),y_i,2(k+1),...,y_i,d(k+1))，在当前种群随机选取两个不相同的个体，进行差分缩放再与一个待变异个体向量相加形成新的变异个体，即

Y_i(k+1)＝X_p(k)+F×(X_q(k)-X_r(k))

其中，i＝1,2,…,N，p,q,r均为1到N中的随机整数，F为缩放因子，X_i(k)表示第k代种群中第i个个体；