[發明專利]一種帶有執行器飽和問題的運動體姿態事件觸發控制方法

有效

• 申請號: 201510533728.5
• 申請日: 2015-08-27
• 公開（公告）號: CN105159307B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 鄭澤偉;祝明
• 申請（專利權）人: 北京天航華創科技股份有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提供一種帶有執行器飽和問題的運動體姿態事件觸發控制方法，它為一般常規運動體提供一種可根據事件觸發更新控制器、抗執行機構飽和的跟蹤期望姿態的新的用途廣泛的控制方法，屬于自動控制技術領域。

背景技術

對于帶有執行機構的運動體，在運動體跟蹤期望姿態時，由于運動體的執行機構存在限位設置，易于引發執行機構飽和的問題；此外，在運動體的運動過程中，常存在數據負載過大導致控制系統性能下降，甚至將導致系統不穩定等問題。

此發明“一種帶有執行器飽和問題的運動體姿態事件觸發控制方法”是把以上問題作為切入點，而提出的有針對性、基于運動體線化模型進行控制器設計、可使用于非線性運動體模型的姿態跟蹤控制方法。該方法綜合了LQ抗飽和控制方法和事件觸發（event-triggered）控制理論，改善修復執行機構飽和問題，解決控制系統數據負載過大問題，并保證閉環系統穩定性，為運動體的姿態跟蹤控制工程提供了一種可行高效的設計手段。

發明內容

目的：本發明的目的在于提供一種帶有執行器飽和問題的運動體姿態事件觸發控制方法，控制工程師可以在結合實際參數的同時，按照該方法實現運動體抗執行機構飽和、控制系統數據負載過大問題的姿態跟蹤控制。

技術方案：本發明“一種帶有執行器飽和問題的運動體姿態事件觸發控制方法”，其主要內容及步驟是：先根據給定的姿態角期望跟蹤值進行誤差計算；然后由姿態運動學方程進行姿態運動學控制計算得到期望角速度；根據LQ抗飽和控制方法和事件觸發（event-triggered）控制理論計算控制器，隨后基于運動體的線化動力學方程得到控制量；最后將此控制量用于運動體非線性模型。在實際工程應用當中，運動體的位置、姿態、速度等狀態量由組合慣導等傳感器測量得到，而由該方法計算得到的控制量將傳輸至執行機構，即可解決運動體執行機構飽和、控制系統數據負載過大問題的姿態跟蹤控制功能。

本發明“一種帶有執行器飽和問題的運動體姿態事件觸發控制方法”，其具體步驟如下。

步驟一給定期望跟蹤值：給定期望姿態角；給定期望姿態角速度。

步驟二姿態角跟蹤誤差計算：計算期望姿態角與實際姿態角之間的誤差；計算期望姿態角速度誤差。

步驟三事件觸發（event-triggered）控制器設計：計算反饋增益。

步驟四計算消除期望姿態角與實際姿態角之間誤差所需的無限制控制量，即事件觸發（event-triggered）控制器輸出量；設計事件條件。

步驟五給定控制量限位：計算消除期望姿態角、期望姿態角速度與實際姿態角、實際姿態角速度之間誤差所需的飽和控制量。

步驟六LQ抗飽和控制補償器設計：計算修正控制量的反饋項和修正狀態量的反饋項。

步驟七計算經LQ抗飽和控制補償器修正后的事件觸發（event-triggered）控制器輸入和事件觸發（event-triggered）控制器輸出 ，最終將控制量用于運動體非線性模型。

其中，在步驟一中所述的給定期望姿態角包括：期望姿態角為，可以是時間或路徑的函數，也可以是定值 ；所述的給定期望速度為，可以是時間或路徑的函數，也可以是定值。

其中，在步驟二中所述的姿態角跟蹤誤差，其計算方法如下：

所述的為姿態角速度誤差，其計算方法如下：

其中，為控制參數。

其中，在步驟三中所述的反饋增益K_c，其計算方法如下：

1）給出線性化運動體狀態方程

將一般形式運動體的線化狀態方程表達為 ，

其中，為狀態量，其中，為姿態角，為姿態角速度，為期望姿態角，為期望姿態角速度；為輸入量，為狀態誤差輸出，其中。

2）設計事件觸發（event-triggered）控制器，計算反饋增益K_c

反饋增益的K_c計算方法如下：

定義對稱正定矩陣X_c>0，矩陣Y_c 和參數μ>0 滿足如下線性矩陣不等式：

解出矩陣X_c與Y_c從而得到

需要指出的是，事件觸發（event-triggered）控制器的輸入量μ_c為：

μ_c = e