微扑翼飞行机器人姿态反演自适应模糊控制.pdf

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1、第28卷第5期计算机仿真2011年5月文章编号：1006-9348(2011)05-0080-05微扑翼飞行机器人姿态反演自适应模糊控制胡盛斌，陆文华，张兴媛，徐海荣(上海工程技术大学航空运输学院。上海201620)摘要：研究微扑翼飞行机器人姿态控制优化问题，因扑翼飞行的复杂性、系统的非线性、时变参数以及各种干扰而极具挑战性。为了提高系统姿态稳定性，提出了一种反演自适应模糊控制策略，针对传统反演控制律设计的不足之处，对微扑翼飞行机器人控制律设计中需要知道被控对象精确模型信息的部分，采用模糊控制法去逼近，从而实现了无需微扑翼飞行器精确模型的全新控制律，避免了因建模误差对控制带来的不良影响，

2、并在此基础上证明了系统的稳定性。仿真结果证实了控制方法的有效性。关键词：微扑翼飞行机器人；姿态控制；反演控制；模糊控制中图分类号：TP242文献标识码：AAdaptiveFuzzyControlofAttitudeoftheFlapping-wingMicroAirVehiclesBasedonBacksteppingHUSheng-bin，LUWen-hua，ZHANGXin—yuan，XUHai-rong(SchoolofAirTransportation，ShanghaiUniversityofEngineefingScience，Shanghai201620，China)ABST

3、RACT：TheattitudecontrolofFlapping-wingMicroAirVehiclesisverychallengingowingtothecomplexflightprocess，andtheheavydifficultyisthatthesystemembodiesnonlinearity，timevaryingparameters，andallkindsofdisturbances．Tocontroltheattitudemovementeffectively，anadaptivefuzzycontrolstrategybasedonback·stepping

4、iscontrivedbyanalyzingthedisadvantageofcommonbackstepping．Themethodovercomestheimpactofthemodelingerroronthecontrolsystem．TheoreticalresultissupposedbysimulationoftheadaptivefuzzycontrolofFMAVonbackstepping，andthevalidityoftheproposedmethodisverified．KEYWORDS：Flapping-wingmicroairvehicle；Attitude

5、control；Backstepping；Fuzzycontrol1引言微扑翼飞行机器人(Flapping—wingmicroairvehicles，FMAV)是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器。与固定翼和旋翼飞行器相比，微小扑翼飞行器的主要特点是将举升、悬停和推进功能集于一个扑翼系统，可以用很小的能量进行长距离飞行，并具有较强的机动性能。特别是对于翼展小于15cm的微型飞行器，扑翼飞行比固定翼和旋翼飞行更具优势¨，2J。但是，微扑翼飞行机器人(FMAV)与固定翼和旋转翼微型飞行器相比，外部动力不是直接作用于其上，而是通过扑翼来间接对它进行驱动和控制，因而飞行控制更为复杂。扑翼所产生

6、的空气动力是高度非线性且是时变的，并且扑翼运动呈现周期性变化，因此，微扑翼飞行器姿态控制系统不能用线性时不变模型来近似p一1。反演设计方法。又称反步法、回推法或后推法，其基本思想是将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的子系统，收稿日期：2010—04—26—80一然后为每一个子系统分别设计李亚谱诺夫函数和中间虚拟控制量，一直反推到完成整个控制律的设计。传统的反演控制律设计的不足之处在于需要知道被控对象的精确建模信息”J，但是，微扑翼的动力学模型非常复杂，对其建立的动力学模型本身就是一个近似模型，存有较大误差，因此，本文在传统的反演控制器设计的基础上，对其控制律中需要微扑翼飞行器精确模型

7、信息的部分，采用模糊控制法去逼近，从而实现无需要微扑翼飞行器精确模型信息的全新控制律，避免了因建模误差带来的影响。2动力学模型限于篇幅，直接给出微扑翼飞行器姿态的动力学模型如下㈨】：fA(g)面+占(g，i)=比(1)ty=q其中：g为状态矢量；u为控制输入矢量；A(g)为系统系数矩阵；曰(g，i)为系统矢量函数；)，为系统输出。地，=曙：享；]，毗囝埘g=[i]．一嘲．也=号m．ves。z，M竹=号m，Cs6l，Mk=譬鸭俨s5z