[發(fā)明專利]基于分層模糊系統(tǒng)的月球探測車協(xié)調(diào)驅(qū)動自適應(yīng)容錯控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310404066.2
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN103488080A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫多青
• 申請（專利權(quán)）人: 河北科技師范學(xué)院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 秦皇島市維信專利事務(wù)所 13102
• 代理人: 許久利

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于分層模糊系統(tǒng)的月球探測車協(xié)調(diào)驅(qū)動自適應(yīng)容錯控制方法。

背景技術(shù)

?在探月工程中，月球探測車發(fā)揮著極其重要的作用。月球探測車是各種探測儀器的載體，其基本功能是具有在未知環(huán)境的復(fù)雜路面行走的能力。月球表面大多數(shù)地方都覆蓋著細(xì)塵和碎巖，稱為月壤層。從物理特性來看，月壤層的土壤多數(shù)比較松軟，并且有較多的小砂石分布。這種土壤條件對探測車的自主行駛提出了很大挑戰(zhàn)，月球探測車在這種復(fù)雜的地形環(huán)境中執(zhí)行科學(xué)探測任務(wù)，必須具備性能優(yōu)越、自適應(yīng)能力強(qiáng)的控制系統(tǒng)。月球探測車的驅(qū)動控制系統(tǒng)作為月球探測車最底層的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其穩(wěn)定性及快速性在很大程度上制約著月球探測車的自主行為能力，并且在復(fù)雜的未知環(huán)境中，月球探測車機(jī)械部件和控制系統(tǒng)極易出現(xiàn)故障，同時人類往往無法對月球探測車進(jìn)行直接干預(yù)，因此，要確保月球探測車能在較長的時間里和復(fù)雜的工作環(huán)境下順利完成預(yù)定任務(wù)，就需要建立容錯機(jī)制以提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外，對于在月表復(fù)雜環(huán)境下運(yùn)行的探測車來說，探測車精確的驅(qū)動動力學(xué)模型是很難得到的，因此，需要解決模型參數(shù)不確知情況下的容錯控制問題。

迄今為止，對月球探測車的驅(qū)動容錯控制問題的研究僅見于孫多青撰寫的論文“六輪搖臂式月球探測車協(xié)調(diào)驅(qū)動自適應(yīng)模糊容錯控制”（《宇航學(xué)報》，2012年第1期）；該文利用模糊邏輯系統(tǒng)設(shè)計了容錯控制器。由于月球探測車的驅(qū)動控制系統(tǒng)具有多個輸入變量，而眾所周知，當(dāng)處理含有多個輸入變量的系統(tǒng)時，采用模糊控制存在一個普遍的困難：模糊控制器中規(guī)則數(shù)目隨系統(tǒng)變量個數(shù)呈指數(shù)增長，即“維數(shù)災(zāi)”問題，這嚴(yán)重降低了控制的實(shí)時性，使得在工程上難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述問題，提供一種實(shí)時性好，控制精度較高，且能保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的基于分層模糊系統(tǒng)的月球探測車協(xié)調(diào)驅(qū)動自適應(yīng)容錯控制方法，以提高復(fù)雜和未知環(huán)境中月球探測車的驅(qū)動控制系統(tǒng)的可靠性，防止因執(zhí)行器故障引起的月球探測車失控。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：一種基于分層模糊系統(tǒng)的月球探測車協(xié)調(diào)驅(qū)動自適應(yīng)容錯控制方法，其通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

?第一步，給定車輪滑轉(zhuǎn)率???????????????????????????????????????????????的期望值，；

?第二步，根據(jù)給定的車輪滑轉(zhuǎn)率的期望值，限定在動態(tài)過程中的變化范圍；

?第三步，根據(jù)已知參數(shù)和未知參數(shù)的變化范圍，給出月球探測車在松軟土壤上行駛時驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)方程中的未知函數(shù)的界函數(shù)以及未知控制增益的上界函數(shù)和下界函數(shù)；即和,滿足：

，，??????????????????(1)

其中月球探測車在松軟土壤上行駛時的驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)方程為：

?????????????????????(2)

(2)式中：為狀態(tài)向量；為車輪驅(qū)動力矩，是系統(tǒng)的輸入；為系統(tǒng)的輸出；為未知的干擾項(xiàng)；為未知的非線性故障函數(shù)，是故障發(fā)生函數(shù)，定義為

，

為故障發(fā)生的時刻；和為未知的非線性連續(xù)函數(shù)，其表達(dá)式分別為

??????????(3)

,????；???????????????????????????????????????(4)

(3)和(4)式中，為整車質(zhì)量；為車輪半徑；為車輪轉(zhuǎn)動慣量；為車速；為車輪在豎直方向上的負(fù)載；，，，為擬合系數(shù)；

第四步，給出未知故障函數(shù)的界函數(shù)以及未知的干擾項(xiàng)的界；

第五步，給出各層模糊系統(tǒng)的輸入變量的論域；并選取隸屬函數(shù)；

第六步，分別用如下兩層模糊邏輯系統(tǒng)：

，,??????(5)

來逼近，和；且

?????，，；??????????????????(6)

其中，，，，，，為模糊基函數(shù)；,?,?為參數(shù)向量，；?

第七步，計算誤差，并設(shè)計參數(shù)向量,?,?的自適應(yīng)律；

第八步，根據(jù)第七步得到的參數(shù)向量,?,?,?設(shè)計分層模糊容錯控制器：

?，??????????????????????????????????????????(7)???????????????????

其中，

?????????????????????????????????????????(8)

(8)式中，表示檢測出故障的時刻；

(8)式中為故障發(fā)生前的等效控制項(xiàng)，設(shè)計為