[發明專利]一種運載火箭姿態控制參數智能整定方法

在審

• 申請號: 202110651033.2
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113341696A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 高華宇;王佩;張科;呂梅柏;邢超;周大明
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 張舉

1.一種運載火箭姿態控制參數智能整定方法，其特征在于，包括：

獲取運載火箭姿態的非線性控制器參數，并將時間乘以非線性控制器姿態控制誤差絕對值積分作為非線性控制器參數整定的目標函數；

采用量子樽海鞘算法，通過求解目標函數最大值對非線性控制器參數進行整定優化，確定最優非線性控制器參數；

其中，所述量子樽海鞘算法的確定，包括：

在標準樽海鞘算法基礎上，采用量子位的概率幅編碼方式，確定量子樽海鞘狀態；其中，所述量子樽海鞘狀態占據參數解空間中兩個位置，分別對應量子態|0和|1的概率幅；

根據參數解空間中兩個位置對應的正弦位置變量和余弦位置變量，確定參數解空間中兩個位置坐標的目標函數值，并將參數解空間中兩個位置坐標的目標函數值的最大值作為量子樽海鞘狀態的目標函數值；

將量子樽海鞘狀態的目標函數值中的最大值和對應的參數解空間位置賦值給公告板。

2.如權利要求1所述的運載火箭姿態控制參數智能整定方法，其特征在于，所述非線性控制器參數和所述非線性控制器參數整定的目標函數的確定，具體包括：

建立運載火箭姿態運動模型；

根據運載火箭姿態運動模型的階數，設計積分鏈式微分器對姿態角偏差測量信號進行跟蹤，所述積分鏈式微分器的表達式為：

式中，r為跟蹤速度因子，v為姿態角偏差測量信號，分別為姿態角偏差測量信號v的跟蹤估計值、速度估計值和加速度估計值；

從加速度估計值中去掉運載火箭姿態運動模型中的已建模部分f₀(x,u)，對模型存在的內外不確定項進行估計，獲得不確定部分補償器

通過主控制器u_control和不確定部分補償器構建非線性反饋控制器：

式中，為當前姿態角偏差控制指令；b₃₀為標稱系統控制項參數；D_t為樽海鞘之間的距離集合；

通過非線性反饋控制器的5個參數和積分鏈式微分器的1個參數，形成非線性控制器參數X＝[K_p K_i K_d α β r]^T；

根據非線性控制器參數，確定非線性控制器參數整定的目標函數

3.如權利要求1所述的運載火箭姿態控制參數智能整定方法，其特征在于，所述量子樽海鞘狀態，包括：

式中，θ_ij＝2π×radmn，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，radmn為(0,1)之間的隨機數；m是種群規模；n是優化變量空間維數；每個樽海鞘狀態占據參數解空間中的兩個位置，分別對應量子態|0和|1的概率幅，即

S_Qic＝(cos(θ_i1),cos(θ_i2),…,cos(θ_in))

S_Qis＝(sin(θ_i1),sin(θ_i2),…,sin(θ_in))

式中，S_Qic為余弦狀態，S_Qis為正弦狀態。

4.如權利要求3所述的運載火箭姿態控制參數智能整定方法，其特征在于，所述量子樽海鞘狀態的目標函數值的確定，具體包括：

設當前量子狀態S_Qi上的第k個量子位為則相應的解空間中對應的正弦、余弦位置變量X_Qij，j＝c,s表示為：

通過I₀(X_Qi)計算當前量子狀態S_Qi對應的每個解空間位置坐標X_Qij，j＝c,s的目標函數值，并取最大值作為當前量子位的目標函數值：

式中，I₀(·)為樽海鞘算法的自身亮度；[Low_k,High_k]為第k個設計變量的尋優范圍，High_k為范圍上界、Low_k為范圍下界。