神经网络与非线性连续无人直升机姿态控制方法
【专利摘要】本发明属于小型旋翼式无人飞行器自主飞行控制研究领域，为提供一种无人机控制方法，使无人直升机实现快速、准确的镇定控制，并且对系统的不确定性具有良好的鲁棒性，为此，本发明采用的技术方案是，神经网络与非线性连续无人直升机姿态控制方法，包括如下步骤：一、小型无人直升机动力学模型分析首先给出如下的刚体动力学模型：</maths>二、无人直升机姿态控制得到如下闭环系统：</maths>其中</maths>且</maths>本发明主要应用于小型旋翼式无人飞行器的设计制造。
【专利说明】神经网络与非线性连续无人直升机姿态控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于小型旋翼式无人飞行器自主飞行控制研究领域，主要针对一种单旋翼无人飞行器的控制算法设计，包括非线性鲁棒姿态控制律的设计和姿态飞行控制实验，具体讲，涉及基于神经网络与非线性连续鲁棒控制的无人直升机姿态控制方法。
【背景技术】
[0002]无人驾驶飞机简称无人机，是指可以通过无线遥控或程序控制来操纵的不载人飞机。无人机诞生于20世纪20年代，从50年代开始得到了迅速的发展。无人机具有灵活、低成本、易携带和多次使用的特点，通过给无人机装载自动飞行控制系统，并集成各类机载传感器、图像采集设备以及无线通信设备等，可以使其完成载人飞机难以完成的危险任务，因此无人机在军事和民用方面有着广泛的应用和广阔的发展前景。进入21世纪以来，无人机的技术日益成熟，在一定程度上反映了一个国家的航空技术和智能技术的发展程度。
[0003]近年来，我国各高校在无人机领域取得了许多研究成果并且发展迅速。如针对单一的控制方法往往难以满足飞行控制性能的问题，设计基于单神经元的PID速度控制，不仅保持了经典控制器结构简单、易实现的特点，又通过神经元在线调节控制增益，以适应无人机飞行状态的变化，提高了无人机在阵风干扰下的自主悬停能力(会议:第二十七届中国控制会议；著者:吴建德，万舟，熊新；出版年月:2008年；文章题目:一种基于单神经元的无人直升机复合PID速度控制；页码:295-299)。又如针对无人机悬停状态下的动力学模型，提出一种基于最小二乘法和遗传算法的辨识方法，克服了遗传算法收敛过快的不足，并且在Mettler等人提出的模型基础上进一步简化了无人机悬停状态时的动力学模型，在实际工程应用中取得了很好的应用成果(期刊:机器人；著者:杜玉虎，房建成，盛蔚；出版年月:2012年；文章题目:基于最小二乘与自适应免疫遗传算法的小型无人直升机系统辨识；页码:72-77)。
[0004]另一方面，世界各国军方和院校在小型无人直升机的控制方面也取得了一定的成果。如佐治亚理工学院的直升机研究组利用基于神经网络的自适应控制器设计，可以通过在线训练的神经网络校正模型误差，并引入了 Pseudo Control Hedging方法减少外环位置模型和内环姿态模型的适应误差，最终在GTmax无人机上实现了精确的位置控制。(期干丨J:Journal of Guidance, Control, and Dynamics;著者:Johnson E N, Kannan S K;出版年月:2005 年；文章题目:Adaptive trajectory control for autonomous helicopters;页码:524 - 538)。土耳其海峡大学的无人直升机科研组，设计了基于模糊逻辑的控制器，包括三个模糊模块，分别用来调节无人机的姿态角、速度和高度，最后通过MATLAB和AerosimAeronautical Simulation Block Set 中的 Aerosonde UAV 模型仿真验证了多种飞行状态下的控制效果，获得了很好的仿真结果(期刊:Journal of Intelligent andRoboticSystems;著者:Kurnaz S，Cetin O, Kaynak O ;出版年月:2009 年；文章题目:Fuzzy logic based approach to design of fight control and navigation tasks forautonomous unmanned aerial vehicles ;页石马:229 - 244)。[0005]从控制方法来讲，上述科研机构及高校都针对无人直升机提出了较好的解决方案。但是大多停留在仿真实验中，并且对系统模型的依赖程度较高，对于实际飞行是否可用仍然未知。
【发明内容】
[0006]本发明旨在解决克服现有技术的不足，为提供一种无人机控制方法，使无人直升机实现快速、准确的镇定控制，并且对系统的不确定性具有良好的鲁棒性，为此，本发明采用的技术方案是，神经网络与非线性连续无人直升机姿态控制方法，包括如下步骤:
[0007]一、小型无人直升机动力学模型分析
[0008]首先给出如下的刚体动力学模型:
[0009]
【权利要求】
1.一种神经网络与非线性连续无人直升机姿态控制方法，其特征是，包括如下步骤: 一、小型无人直升机动力学模型分析 首先给出如下的刚体动力学模型:
【文档编号】G05D1/08GK103760906SQ201410044087
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2014年1月29日
【发明者】鲜斌, 刘世博, 张垚, 赵勃 申请人:天津大学