[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

本發明公開了一種運載火箭姿態控制參數智能整定方法，包括：獲取運載火箭姿態的非線性控制器參數和目標函數；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；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；根據參數解空間中兩個位置對應的正弦、余弦位置變量，確定兩個位置坐標的目標函數值，并將最大值作為量子樽海鞘狀態的目標函數值。本發明將量子理論與樽海鞘算法相結合，每個量子樽海鞘狀態相當于占據優化參數空間中的兩個位置，每個樽海鞘狀態對應優化問題的兩個解，提高了算法的遍歷性，增加了算法的全局收斂速度。

技術領域

本發明涉及運載火箭的非線性姿態控制器參數整定領域，特別涉及一種基 于量子樽海鞘算法的運載火箭姿態控制參數智能整定方法。

背景技術

運載火箭非線性姿態控制器雖然相比傳統運載火箭PID控制能夠更好的 解決陣風、參數攝動、未知干擾等對火箭姿態控制的影響，但非線性控制器參 數相比PID控制大幅增加，由于非線性函數的引入，導致非線性控制器參數整 定呈現多變量、非線性、多極值等問題，無法獲得類似PID控制器參數的解析 整定方法。因此，有必要將控制器參數整定問題轉化為以控制性能為目標函數、 控制器參數為設計變量的優化設計問題來解決，針對非線性特征引入帶來的問 題，可以采用具備多變量全局尋優能力的智能群集算法進行參數求解，從而實 現控制器參數的整定。

2017年，S.Mirjalili等根據自然界中樽海鞘的發光行為，提出了樽海鞘算 法(Salp Swarm Algorithm，SSA)[SEYEDALIM,AMIRHG, SEYEDEHZM,etal.Salp SwarmAlgorithm:A bio-inspired optimizer for engineering design problems[J].Advances in Engineering Software,2017,114(1): 163-191.]，通過模擬樽海鞘的覓食行為而構建的一種智能優化算法，非常適合 解決多變量優化問題，是一種具有較強全局搜索能力、快速收斂和良好自適應 性的新型智能群集算法，該算法憑借其概念簡單、步驟清晰、可實現性強等優 點被應用于解決數學、金融等領域的多變量參數優化設計問題。

但標準樽海鞘算法仍存在一些缺陷：雖然前期可以實現大范圍快速收斂， 但后期收斂效率不佳；在固定步長下對全局最優結果的搜素精度并不理想。因 此，針對上述問題眾多學者對算法開展了改進研究；例如針對固定步長問題， 引入自適應機制，動態調整步長提高后期尋優精度；將模擬退火算法與樽海鞘 算法相結合，進一步提升收斂速度等。上述研究均在一定程度上改善了樽海鞘 算法的性能，但后期收斂性能下降、全局尋優結果精度低、易陷入局部最優等 問題仍然存在，從提高控制參數整定效率和最優控制效果角度，有必要對樽海 鞘算法進行大幅改進，以獲得更好的參數整定結果。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種運載火箭姿態控制參數智能 整定方法。

本發明實施例提供一種運載火箭姿態控制參數智能整定方法，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；