[发明专利]基于模糊PID的水下滑翔机姿态控制算法

摘要

本发明公开了一种基于模糊PID的水下滑翔机姿态控制算法。该算法包括：(1)模糊PID控制器原理性设计；(2)模糊PID控制器Matlab中的设计；(3)编写模糊PID控制器控制程序；(4)模糊PID控制器结构框图的搭建；(5)搭建控制系统，运行模糊PID控制器控制程序，实现算法控制。本发明能够解决姿态角大迟滞和大惯性控制问题、姿态角实时控制参数整定问题、姿态角强耦合控制问题。具有研发周期短，测试周期短，成本低，控制效果优良，缩短姿态角调节时间，降低稳态误差的优点。长远来讲，优良的姿态角控制可以降低电池功耗，增强滑翔机续航能力。

主权项

基于模糊PID的水下滑翔机姿态控制算法，包括以下步骤：(1)模糊PID控制器原理性设计设计模糊PID控制器时首先需要进行模糊化处理和知识库的配置；根据要求设计出死区、饱和区和采样周期；根据PID各个参数对被控系统的影响可以得到：模糊PID控制以系统运行的不同状态为基础，考虑比例增益Δkp、积分增益Δki、微分增益Δkd三个参数之间的关联，根据工程实际经验设计模糊控制器整定这三个参数，选择输入变量为误差e和误差变化率ec，相对应的语言变量值取NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB七个模糊值；再选择输出语言变量为Kp、Ki、Kd，相对应的语言变量值也取NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB七个模糊值，并且可对应求出误差因子、误差变化率因子和输出比例因子；然后得出比例增益Δkp、积分增益Δki、微分增益Δkd的模糊规则表，其中Δ表示取微分；(2)模糊PID控制器Matlab中的设计基于以上模糊规则表的建立，然后在MATLAB中进行控制器设计，对输入输出结构、隶属度函数及规则库进行配置；该模糊控制器根据条件设置为两输入三输出结构，控制器输入为误差和误差变化率，输出为比例、积分和微分增益；根据经验设置输入输出的隶属度函数都为三角型函数，通过搭建PID控制器系统仿真得出的合理PID参数；于是，误差e范围和误差变化率ec范围便可相应设置；同时设定比例增益Δkp范围，微分增益Δkd和积分增益Δki范围；设置完隶属度函数后，按照上述三个模糊规则表进行模糊规则的配置；按照上述步骤依次设置模糊PID控制器，最后保存控制器设计文件，以便在仿真时调用；(3)编写模糊PID控制器控制程序在完成matlab中控制器设计之后，根据要求编写模糊PID控制器控制程序；(4)搭建控制系统，运行模糊PID控制器控制程序，实现算法控制完成模糊PID控制器控制程序编写后，通过MAILAB/simulink搭建控制系统框图，对姿态角进行控制仿真，并运行模糊PID控制器控制程序，得出仿真结果。