本申请公开了一种分布式无人飞行器通用控制器和自学习控制方法。该通用控制器采用分布式部署方案,具有良好的通用性,支持诸如无人机、无人车、无人船等多种载具。所述自学习控制方法,能够满足各类载具的实时控制要求且具备自学习能力,该方法基于Transformer神经网络,搭建了端到端深度学习控制器架构,免去了传统PID控制算法和ADRC控制算法繁琐的参数整定步骤,具备自主迭代能力,简化了控制器的调试过程。实时控制无人机飞行姿态,并根据闭环反馈推理无人机飞行过程中内外扰,进行实时补偿,从而提高飞行控制系统的稳定性和鲁棒性。
背景技术
近年来,伴随飞控技术、通信技术和电子信息技术的快速发展,无人飞行器的种类不断增加,性能不断增强,其体型小、成本低、适用领域广等优势逐渐凸显,在军民领域的应用需求不断增加。在各类无人飞行器中,飞控系统是其核心组成部分。市面上现有飞行器在体积重量、机架结构、动力配置等方面不尽相同,现有飞控系统大多只能控制单一类型载具,对不同型号飞行器不具有通用性,并且难以适应外界环境的复杂干扰,在可靠性和稳定性方面有待进一步提高。
飞行器控制算法方面,现有的飞行控制方法,经典的PID控制算法仍然处于主导位置,该方法也是目前工业自动化控制中应用最广泛的控制方法之一,具有结构简单,易于实现等优点。除此以外,自抗扰控制器ADRC在PID控制算法的基础上引入扩张状态观测器(ESO)、跟踪微分器(TD)和非线性反馈控制律(NLSEF),把系统的未建模动态和未知外扰归结为系统的“总扰动”进行估测和补偿,平滑控制过程,加速系统收敛,相比PID控制器具有更好的抗扰能力和更快的收敛速度。但PID控制和ADRC控制都存在高度依赖参数的问题,控制器参数取决于无人机自身的体积重量、机架结构、动力配置等特征,同时受外界环境影响。除此以外,PID控制和ADRC控制本身参数较多,存在参数整定困难,一套参数无法适配多种机型,难以适应复杂环境,难以实现高精度控制等问题。
上述无人飞行器控制器具有如下缺点:
1.现有飞控通用性较差,大多只能控制单一类型载具,且难以适应外界环境的复杂干扰。
2.现有控制器算法对不同机型和不同飞行环境的控制效果不稳定,需要频繁进行参数整定。
3.现有控制器算法本身参数较多,存在参数整定困难,难以实现高精度控制等问题。
Transformer是一种用于自然语言处理(NLP)和其他序列到序列任务的深度学习模型架构。Transformer架构引入了自注意力机制和位置编码,使模型能够同时考虑输入序列中的所有位置,并根据序列中的不同位置来赋予不同的权重,以更好的捕捉序列之间的位置关系。自注意力机制支持并行计算,相比于RNN等序列模型,能够更容易地在GPU和TPU等硬件上进行高效的训练和推理。Transformer架构由位置编码、多头自注意力模块和堆叠层等部分组成编码器和解码器,并使用了残差连接和层归一化技术以解决梯度消失和梯度爆炸问题,提高模型的训练效率。
实现思路