第6期 李永新，等：基于模糊控制与预测控制切换的翼伞系统航迹跟踪控制 .485 3.2模糊控制 每个变量被划分为5个模糊等级，则需要求取 模糊逻辑在人类的思维和语言交流中普遍存 25条控制规则.具体步骤为： 在，经过几十年的发展和研究发现将模糊逻辑应用 1)根据((k-1),.(k-1),在表1中查找 于自动控制领域，能够体现良好的鲁棒性和控制 相应的△妙。. 性能3] 2)令△地。=△地，在表2中根据（中(k-1), 对系统做如图6的划分，横坐标为翼伞的偏航 .(k-1))查得相应的u(k).此时，有3种情况需要 角中、偏航角误差少。、偏航角误差的变换率△妙。以 考虑： 及u(k),为直观起见单位为度().每个变量均划分 ①根据((k-1),中.(k-1)可以得到惟一相 为5个模糊等级.如图6所示，NB为负大 对应u(k),此时，即为控制量； (negative big),NS为负小(negative small),ZE为零 ②根据((k-1),中.(k-1)可以得到多个相 (zero),PS为正小(positive small),PB为正大 对应的u(k),即u(k)不惟一，此时需选取最小的 positive big). u(k)值作为控制量，以减少电机等控制部件的能量 1.0 损耗； NS PB ③根据（山(k-1),中.(k-1)无法找到相对应 0.5 的u(k),此时需取u(k)的最接近解，如果有多个解 与之接近，则按情况②中所述，选取最小值为控 制量； y 依据上述规则，对控制量u(k)建立如表3中的 模糊规则 图6各变量的隶属度函数 表3控制量u(k)的模糊规则 Fig.6 Membership function of variables Table 3 Fuzzy rules of u(k) 建立如表1所示的期望的翼伞动力学规则表， 中(k-1)》 (k-1) 其中，(k-1)为前一时刻航向角值，.(k-1)为前 NB NS ZE PS PB 一时刻航向角跟踪轨迹误差值，△妙。为期望的偏航 NB Ze ZE ZE ZE NB 角误差变化率. NS PS PS ZE E NB ZE PB PS ZE NS NB 表1期望的翼伞系统动力学规则 PS PB ZE ZE NS NS Table 1 Desired dynamic rules of the parafoil system PB PB Ze E Ze ZE 中.(k-1) 山(k-1) 3.3翼伞系统航迹跟踪控制策略 NB NS ZE PS PB 预测控制能够有效地克服系统滞后、可应用于 NB PB PB PB PB NS NS PB PB PS PS NS 开环不稳定非最小相位系统.但预测控制在运算过 ZE PB PS Ze NS NB 程中需要解Diophantine方程、矩阵求逆以及最小二 PS PS NS NS NB NB PB NB NB NB NB 乘法的递推求解，从而使得计算量较大[16] 建立如表2所示的翼伞动力学规则表，其中， 在翼伞航迹追踪控制的过程中，设计控制器采 中.(k-1)为前一时刻航向角跟踪轨迹误差值，△妙。 用模糊控制与预测控制控制两者相互切换.在偏航 为航向角跟踪轨迹误差的变化率， 角误差较大时使用模糊控制，利用模糊控制运算速 表2翼伞系统动力学规则 度快、鲁棒性好的特点，将航迹误差迅速调整至较小 Table 2 Dynamic rules of the parafoil system 的范围.以此减少单纯使用预测作为控制器在跟踪 中.(k-1) (k-1) 过程中的计算量. NB NS ZE PS PB 图7为控制模式切换流程.在翼伞充满后，系统 NB ZE PS PB PB PB 完成初始化，对翼伞航迹开始定位跟踪.判断偏航角 NS NS ZE PS PB PB ZE NB NS ZE PS PB 误差大于设定值后，控制器切换至运算速度较快的 PS NB NB NS ZE PS PB NB NB NB NS ZE 模糊控制器.在偏航角误差相对较小的时候，控制器 根据翼伞系统的动力学模型以及期望的动力学 切换至预测控制，对翼伞航迹进行精确控制，在翼伞 规则表，计算控制量的模糊规则，即 偏航角误差较大的阶段，不必再进行繁杂的计算，从 (k-1)×.(k-1)→u(k). 而节省运算器的运算时间，提高控制效率