[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于幾何直觀構(gòu)建可達(dá)集的過(guò)驅(qū)系統(tǒng)控制分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810131251.1
• 申請(qǐng)日: 2018-02-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108415240B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉彤;王美玲;李海箏;周培德;沈宏梁
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B9/03
• 分類(lèi)號(hào): G05B9/03
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于幾何直觀構(gòu)建可達(dá)集的過(guò)驅(qū)系統(tǒng)控制分配方法，通過(guò)選定參數(shù)，然后消去參數(shù)得到平面的一般方程，降低了控制效率矩陣維度，使得在構(gòu)建可達(dá)集時(shí)計(jì)算量大大減小，該方法直觀，便于理解，且依此可以給出可達(dá)集頂點(diǎn)，小面和棱的充要條件，在多自由度機(jī)械臂等復(fù)雜控制系統(tǒng)中，采用該方法可使構(gòu)建可達(dá)集的計(jì)算量減小到一個(gè)可接受的范圍內(nèi)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于幾何直觀構(gòu)建可達(dá)集的過(guò)驅(qū)系統(tǒng)控制分配方法。

背景技術(shù)

在分布式電驅(qū)動(dòng)汽車(chē)和先進(jìn)氣動(dòng)布局的飛行器等的控制中，往往通過(guò)執(zhí)行器的冗余配置來(lái)提高系統(tǒng)性能，這也使得控制系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，常規(guī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足設(shè)計(jì)要求，需要重新設(shè)計(jì)一種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)執(zhí)行器進(jìn)行有效的控制。

控制分配是解決多執(zhí)行器系統(tǒng)問(wèn)題的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。控制分配能夠由控制律得出的虛擬控制指令合理的分配到各個(gè)執(zhí)行器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。直接分配算法是一種常用的控制分配算法，由于直接分配算法基于可達(dá)集進(jìn)行計(jì)算，因此可以保證當(dāng)期望的虛擬指令在可達(dá)集內(nèi)部，也就是可以通過(guò)執(zhí)行器的偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，直接分配算法的輸出u_d可以保證執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)期望虛擬指令，即實(shí)現(xiàn)可達(dá)集內(nèi)部的無(wú)誤差分配；而當(dāng)期望的虛擬指令在可達(dá)集外部時(shí)，算法可以保證最終實(shí)現(xiàn)的控制指令在v空間中與期望的虛擬控制指令v_d方向相同，即可達(dá)集外部的方向不變性。然而，在直接分配問(wèn)題中，隨著系統(tǒng)冗余度的提升，也就是執(zhí)行器數(shù)目的增加，可達(dá)集的頂點(diǎn)和小面的數(shù)目都隨執(zhí)行器數(shù)目的增長(zhǎng)呈二次方增長(zhǎng)，計(jì)算量大，特別是在執(zhí)行器受最大偏轉(zhuǎn)速率限制的問(wèn)題中，可達(dá)集實(shí)時(shí)可變，需在線構(gòu)建可達(dá)集，傳統(tǒng)的可達(dá)集構(gòu)建方法很難滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求。因此，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單的，快速構(gòu)建可達(dá)集的方法顯得至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于幾何直觀構(gòu)建可達(dá)集的過(guò)驅(qū)系統(tǒng)控制分配方法，可以提高在線計(jì)算效率。

一種過(guò)驅(qū)系統(tǒng)控制分配方法，包括如下步驟：

步驟一、將虛擬控制指令記為v，控制輸入記為u，控制效率矩陣記為B，則控制輸入與虛擬指令的線性轉(zhuǎn)換方程表示為：v＝B×u；

步驟二：任意選取u的兩個(gè)元素u_i,u_j作為參數(shù)，將線性變換方程改寫(xiě)為平面參數(shù)方程如下：

其中，n表示虛擬控制指令維度，m表示執(zhí)行器數(shù)量；b_i為n維列向量；

步驟三：構(gòu)建矩陣A，使其滿足:

其中，b_1,i…b_n-1,i是b_i與A相乘后b_i的各元素的值；

將平面方程兩端同時(shí)左乘A得：

取等號(hào)兩端第最后一行得：

其中，a_n通過(guò)式(2)計(jì)算得到；由此得到消去參數(shù)的平面一般方程：

步驟四：確定u中各元素取值，具體為：

1、讓l從3到m依次取值，每一次取值判斷a_n·b_l的結(jié)果：