[發明專利]效率矩陣列向量成比例下過驅動系統控制可達集確定方法

有效

• 申請號: 201911412443.0
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111158340B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 邢育紅;阮久宏;楊蘭芳
• 申請（專利權）人: 山東交通學院
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02;G05B9/03;G06F17/16
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發明提出一種效率矩陣列向量成比例下過驅動系統控制可達集確定方法，屬于過驅動系統動力學控制分配技術領域。該方法首先將控制集所有邊界面進行分組；然后判定控制效率矩陣所有列向量是否均成比例，并在不同情況下得到控制可達集。本發明解決了控制效率矩陣為3行多列，其中兩個或多個列向量成比例情況下，并聯構型過驅動系統控制可達集的確定問題。

技術領域

本發明屬于過驅動系統動力學控制分配技術領域，特別涉及效率矩陣列向量成比例下過驅動系統控制可達集確定方法。

背景技術

過驅動系統的控制可達集(Control Attainable Subset)能夠對系統的控制能力進行定量表征，其計算是控制分配的逆問題。控制分配負責將期望的系統控制向量分配至各冗余執行器分別予以執行，控制可達集的計算是在各執行器變化范圍已知的情況下，確定所有執行器同時作用而能夠達到的系統控制可達向量的邊界，從而獲知過驅動系統的控制能力，特別是部分執行器失效后的系統控制能力。基于控制可達集的控制分配方法已成為控制分配領域研究的熱點問題。

各執行器之間不存在約束關系情況下并聯構型過驅動系統控制可達集表達式如下：

Φ＝{v|v＝B·u,u∈Ω} (1)

式中，u為控制向量，u＝(u₁,...,u_m)^T，表示過驅動系統的控制輸入，其中T為矩陣轉置符號，第i個控制分量u_i為對應的第i個執行器的控制作用量，1≤i≤m，m為執行器的數目，u_{i min}≤u_i≤u_{i max},u_{i min}為第i個執行器控制作用量的最小值，u_{i max}為第i個執行器控制作用量的最大值；Ω為控制集，Ω＝{u}；v為過驅動系統的控制可達向量，v＝(v₁,…,v_n)^T，表示過驅動系統的控制輸出，其中v_j為第j個控制可達分量，1≤j≤n，n為控制可達向量的維數，n＜m；Φ為控制可達集；B為n行m列的控制效率矩陣。

上述式(1)表述的物理意義是：已知過驅動系統m個控制輸入構成的控制向量的集合Ω，如何通過控制效率矩陣B確定其n個控制輸出構成的控制可達向量的集合Φ？以四輪獨立驅動-獨立轉向車輛為例，其控制可達集物理意義如下：

1)已知4個車輪的4個縱向力分別為F_L1、F_L2、F_L3、F_L4，4個車輪的4個側向力分別為F_T1、F_T2、F_T3、F_T4；

2)令包含8個控制分量的四輪獨立驅動-獨立轉向車輛控制向量u_V＝(F_L1,F_T1,F_L2,F_T2,F_L3,F_T3,F_L4,F_T4)^T，F_{Li min}≤F_Li≤F_{Li max}，F_{Ti min}≤F_Ti≤F_{Ti max},(i＝1,···,4),F_{Li min}、F_{Ti min}為各車輪縱向力、側向力的最小值，F_{Li max}、F_{Ti max}為各車輪縱向力、側向力的最大值；

3)所有u_V構成四輪獨立驅動-獨立轉向車輛的控制集Ω_V＝{u_V}；