[发明专利]基于模糊自抗扰的无人直升机活塞发动机转速控制方法

权利要求书

1.基于模糊自抗扰的无人直升机活塞发动机转速控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：

步骤一，基于模糊PID控制理论制定活塞发动机的模糊控制规则，动态调制PID初始参数来适应其被控特性；模糊PID控制器设计步骤如下：

步骤1.1，首先通过量化函数对控制系统的输入参数的精确值映射到模糊论域，该系统的模糊子集论域定义为X＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}，设定输入参数的精确值的实际变化范围为[a,b]，将区间[a,b]范围内的精确值通过公式(1)的量化函数转换到模糊子集论域区间[-3,3]；

步骤1.2，设定量化后的输入参数对应的模糊语言变量{负大[NB]，负中[NM]，负小[NS]，零[ZO]，正小[PS]，正中[PM]，正大[PB]}，然后设定对应模糊语言变量的隶属度函数，

通过隶属度函数将输入参数量化到模糊子集论域X的精确量x转换为模糊语言变量；

步骤1.3，根据工程中PID参数整定的经验制定比例积分微分调整量的模糊控制规则表；

步骤1.4，模糊推理得到的输出量为模糊向量，将模糊向量转换到模糊子集论域X＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}内的精确量，即为解模糊化的过程；

步骤1.5，通过比例因子的缩放得到PID控制器初始参数k_p0、k_i0、k_d0具有实际物理意义的修正量Δk_p、Δk_i、Δk_d；

步骤二，采用自抗扰控制中的扩张状态观测器ESO对活塞发动机所受随机干扰进行估计并补偿；所述扩张状态观测器ESO的表达式为：

其状态方程如下：

其中，u为控制量，b为控制量的放大倍数，f(x₁,x₂,t,w)为被控对象所受总扰动，将f(x₁,x₂,t,w)扩充为一个新的状态变量x₃，则式(3)改写为：

将z₁和z₂作为状态变量x₁和x₂的估计值，z₃表示被控对象所受扰动总和，建立离散的扩张状态观测器如下：

其中，β₁、β₂、β₃是扩张状态观测器增益参数，非线性函数fal(e,a,δ)的表达式为：

扩张状态观测器将不确定因素扩张为一个新的状态变量引入到控制系统中进行扰动补偿，提高了活塞发动机转速控制系统的抗干扰能力；

步骤三，对活塞发动机从开环工况向闭环工况的过渡过程采用跟踪微分器进行平滑过渡；所述跟踪微分器TD的表达式为：

跟踪微分器安排过渡过程对输入信号v进行软化得到跟踪信号v₁，同时得到v₁的微分信号v₂，跟踪微分器的离散形式的公式如下：

其中，r是跟踪因子，其值越大跟踪速度越快，h是离散采样的步长，决定滤波效果的好坏，离散系统的最速控制综合函数fhan(n₁,n₂,r,h₀)的计算公式如下：

步骤四，对于活塞发动机所受的已知扰动采用前馈补偿的控制策略进行补偿。

2.根据权利要求1所述的基于模糊自抗扰的无人直升机活塞发动机转速控制方法，其特征在于：所述输入参数的精确量为转速偏差e和转速偏差变化率ec。

3.根据权利要求1所述的基于模糊自抗扰的无人直升机活塞发动机转速控制方法，其特征在于：所述已知扰动包括总距变化、无人直升机前飞速度，不确定因素为阵风。

4.根据权利要求1所述的基于模糊自抗扰的无人直升机活塞发动机转速控制方法，其特征在于：所述前馈补偿具体为：

在总距发生变化时，风门提前按照总距-风门比例联动关系做相应的补偿，改变发动机的输出功率，避免转速发生大的波动。