无人机自驾仪自适应控制系统的设计与仿真

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1、第30卷第2期计算机仿真2013年2月文章编号：1006—9348(2013)02—0085—04无人机自驾仪自适应控制系统的设计与仿真郑翌，王新民，谢蓉，刘烨(西北工业大学自动化学院，陕西西安710129)摘要：针对某无人机的控制问题，为了找出一种比PID更适合的控制方法，提出了一种基于模糊神经网络(FNN))的模型参考自适应方法，并设计了相应的双通道控制律，对无人机纵向运动中的速度和俯仰角进行控制。应用所提出的方法，对某无人机纵向运动的控制问题进行了研究。仿真结果表明，与传统的PID控制相比较

2、，FNN的模型参考自适应控制算法具有较快的收敛速度和较小的稳态误差，并能够消除无人机纵向运动中存在的耦合。关键词：模糊神经网络；模型参考自适应；无人机；纵向运动中图分类号：TPl83；V249．1文献标识码：BDesignandSimulationofUAV’SAutopilotAdaptiveControlSystemZHENGYi，WANGXin—min，XIERong，LIUYe(SchoolofAutomation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，X

3、i’anShanxi710129，China)ABSTRACT：TheproblemofUAV’Slongitudinalmotioncontrolwasstudied．Toimprovethedynamicresponseandthesteadystateperformanceofthecontrolsystem，themodelreferenceadaptivecontrolmethodbasedonthelhzz)rneuralnetworkwasproposed，andthecorresp

4、ondingtwo—channelcontrollawwasdesigned，whicheontrolstheve—locityandpitchrate．Thesimulationresultsshow，comparedwiththePIDcontrollaw，themodelreferenceadaptivecontrolmethodbasedontheFNNhasfastconvergencerateandsmallersteady—stateerror，andeliminatestheCOn

5、—piingwhiche】【istsintheUAV’Slongitudinalmotion．KEYWORDS：Fuzzyneuralnetwork；Modelreferenceadaptive；UAV；Longitudinalmotion1引言无人机由于具有体积小、重量轻、机动灵活和成本低廉等特点，引起世界各国的强烈关注¨J。无人机相对有人机的最大差别就是无人驾驶，其自主控制问题是目前国内外学者的研究热点。设计无人机飞行控制律时，一方面要求达到较高的控制精度；另一方面需要同时兼顾多项性能指标的实

6、现。研究背景，说明了应用传统PID方法设计的不足之处在某无人机飞控系统的设计中采用了经典的单回路法或根轨迹法进行系统设计，虽然设计过程简单，但难以达到相应的设计要求，故需要寻找有效的控制方法解决多项性能指标兼顾实现的问题。目前，国内外学者对于无人机纵向运动的控制问题做了很多研究，文献[2]中设计了H。状态反馈控制器对无人机的俯仰角进行了控制；文献[3]中设计了模糊自适应PID控制器对无人机的俯仰角进行了控制，然后又在同一回路进行基金项目：西北工业大学新教师基金(1IGH0322)收稿日期：2012

7、—02—23修回日期：2012—05—24高度保持控制，但主要集中在对单一指标的高精度控制上；文献[4]中应用LQR方法设计了无人机纵向增稳控制器，对无人机的迎角和俯仰角速率进行了控制。为了在无人机纵向控制中兼顾多项性能指标的实现，本文将模糊神经网络与模型参考自适应理论相结合HJ，建立了双输入一双输出模糊神经网络(FNN)，设计了基于FNN的模型参考自适应控制器。利用FNN计算简便、容错能力强、处理信息量大等优点，对模糊自适应控制中被控对象辨识器及控制器的参数进行了有效调整，所设计的控制器能够实现

8、对无人机纵向回路中速度和俯仰角的控制，改善了系统的动态响应和稳态性能，并且能够消除无人机纵向运动中存在的耦合，为无人机设计提供了一种更佳的设计方法。2无人机小扰动纵向运动线性模型由于要进行飞控系统设计及仿真，故在该节中先介绍无人机纵向运动模型。研究无人机的控制律设计时，一般采用小扰动原理将其非线性数学模型进行线性化处理，由于小扰动条件下飞机纵一85—向运动与横侧向运动之间的交联作用并不明显，因此可以把线性化方程组分解为相互独立的两部分：纵向运动方程和横侧向运动方程。其中，无人机纵向