[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

说明书

本发明提供了一种基于模糊自抗扰的无人直升机活塞发动机转速控制方法，将模糊控制与自抗扰控制算法相结合，发挥了模糊控制控制精度高和自抗扰控制抗外扰能力强的优点。其包括：1)设计模糊PID控制器适应活塞发动机复杂做功过程的非线性特性，提高了转速控制的精度；2)设计扩张状态观测器对活塞发动机所受的随机不确定扰动进行估计并加以补偿，有效地提高了转速控制器的抗干扰能力；3)设计跟踪微分器安排活塞发动机过渡过程；4)设计总距前馈补偿环节提高发动机的控制效率。通过数值仿真与试飞试验验证，本发明提出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具有较好的控制性能，满足了某中型无人直升机飞行的要求。

技术领域

本发明涉及无人直升机活塞发动机转速控制领域，一种基于模糊自抗扰的无人直升机活塞发动机转速控制方法。

背景技术

无人直升机凭借其独特的飞行性能和强大的任务执行能力，成为了当今的研究热点之一。动力系统是无人直升机重要的组成部分之一，与固定翼无人机不同，无人直升机动力系统的活塞发动机输出轴通过减速齿轮与旋翼直接相连，在发动机恒定转速前提下，通过周期变距来实现无人直升机横纵向姿态控制，改变无人直升机总距来控制升力大小达到飞行高度的控制。而且无人直升机飞行时前飞速度的改变，总距的改变，外界阵风扰动都会改变所需功率，从而影响活塞发动机输出转速。

因此设计一种活塞发动机的恒转速控制器是无人直升机姿态稳定控制和垂向高度保持的前提，在很大程度上决定了无人直升机的飞行性能。

发明内容

针对上述背景技术中存在的问题，本发明旨在针对无人直升机活塞发动机转速控制方法，提出一种抗干扰能力强，转速控制精度高的无人直升机活塞发动机转速控制方法。

为了实现上述效果，本发明提供基于模糊自抗扰的无人直升机活塞发动机转速控制方法，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；

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；

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；

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。

进一步的，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3.3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。