[發(fā)明專利]一種多執(zhí)行單元的能量均衡指令分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810047059.4
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108459907B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 黃攀峰;常海濤;張夷齋;王通;孟中杰;劉正雄;董剛奇;張帆
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G05B19/418
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種多執(zhí)行單元的能量均衡指令分配方法，該方法可以依靠執(zhí)行單元之間的數(shù)據(jù)交互實現(xiàn)控制分配，各執(zhí)行單元根據(jù)自身的能量值計算能量均衡因子可實現(xiàn)各執(zhí)行單元的能量均衡。該方法與常規(guī)控制分配方法在以下方面存在優(yōu)勢：1)本方法為分布式算法，歸一化能量值、能量均衡因子等計算都不需要中心單元，沒有由于中心單元導致系統(tǒng)失效的風險，提高了系統(tǒng)的魯棒性；2)本方法可以實現(xiàn)各執(zhí)行單元之間的能量均衡，能夠根據(jù)執(zhí)行單元剩余能量和執(zhí)行單元的相互交互協(xié)商，調(diào)整自身分配比例；3)本方法可以的交互過程可以隨時中止，仍能保證控制分配準確性，僅影響能量均衡效果。

技術領域

本發(fā)明屬于控制指令分配領域，涉及一種多執(zhí)行單元的能量均衡指令分配方法，具體涉及多個同質(zhì)化執(zhí)行單元在分布式系統(tǒng)架構下的能量均衡控制分配。

背景技術

在空間細胞機器人或空間細胞航天器系統(tǒng)中，為了提升系統(tǒng)的擴展性，需要根據(jù)任務需要配置不同數(shù)量的執(zhí)行單元，使得系統(tǒng)能夠適應靈活多變的任務和性能需求，同時能夠保證系統(tǒng)在個別執(zhí)行細胞失效的情況下保證系統(tǒng)的可靠性。冗余配置的控制單元在提升了系統(tǒng)的可靠性和擴展性，同時也給系統(tǒng)的控制指令分配帶來一定困難。在整體式系統(tǒng)中，通常采用的方法是由系統(tǒng)中心控制節(jié)點，對各個執(zhí)行單元進行統(tǒng)一管理和調(diào)配，調(diào)整不同執(zhí)行細胞所承擔的指令的比例來均衡執(zhí)行節(jié)點的負載，進而起到平衡各執(zhí)行細胞的能量水平的目的。不同于整體式系統(tǒng)，以空間細胞機器人和空間細胞化航天器等為代表的細胞化系統(tǒng)中，為了提升系統(tǒng)的可靠性和可擴展性，系統(tǒng)采用不依賴中心分配節(jié)點的分布式架構，系統(tǒng)通信拓撲呈網(wǎng)狀結構，各節(jié)點僅與鄰近節(jié)點進行通信。分布式體系結構能夠更加方便節(jié)點的增加和刪減。在分布式系統(tǒng)中，如果不進行能量均衡的話會導致某些節(jié)點過快耗盡自身能量，因此需要在指令分配過程中考慮各執(zhí)行細胞的能量水平差異，使得執(zhí)行細胞的能量趨于一致。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術問題

為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種多執(zhí)行單元的能量均衡指令分配方法，解決多執(zhí)行單元在能量水平不同情況下的分布式控制指令分配。該方法能夠通過細胞的之間的交互協(xié)商，實現(xiàn)分布式控制分配，不依賴中心節(jié)點，避免了復雜運算，大大降低了計算復雜度。

技術方案

一種多執(zhí)行單元的能量均衡指令分配方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：設有n₀(n₀≥1)個執(zhí)行單元與控制器直接相連，用集合A_c表示。控制器將v(t)發(fā)送給與其相連的執(zhí)行單元；

定義t時刻控制器輸出的待分配的d(d≥1)維控制指令為v(t)∈R^d×1；

定義系統(tǒng)的執(zhí)行單元總數(shù)為n(n≥n₀)個，其承擔的控制指令分配比例為用向量ρ表示，且

ρ＝[ρ₁ ρ₂…ρ_n]^T∈R^n×1

其中，ρ_i，i∈{1,2,...,n}為執(zhí)行單元i的分配比例，由執(zhí)行單元i維護；且對于任意i∈{1,2,...,n}均有0≤ρ_i≤1；

步驟2：執(zhí)行單元i在接收到控制指令v(t)后,當v(t)是否為新指令，利用下式更新自身分配比例，進行步驟3：

否則進行步驟3

步驟3：執(zhí)行單元i根據(jù)自身控制效率矩陣D_i∈R^d×d計算對應v(t)的期望輸出u_i

其中，執(zhí)行單元安裝方向以及內(nèi)部執(zhí)行器布局應保證控制效率矩陣D_i可逆；