[发明专利]基于分层模糊系统的月球探测车协调驱动自适应容错控制方法

说明书

技术领域

 本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种基于分层模糊系统的月球探测车协调驱动自适应容错控制方法。

背景技术

 在探月工程中，月球探测车发挥着极其重要的作用。月球探测车是各种探测仪器的载体，其基本功能是具有在未知环境的复杂路面行走的能力。月球表面大多数地方都覆盖着细尘和碎岩，称为月壤层。从物理特性来看，月壤层的土壤多数比较松软，并且有较多的小砂石分布。这种土壤条件对探测车的自主行驶提出了很大挑战，月球探测车在这种复杂的地形环境中执行科学探测任务，必须具备性能优越、自适应能力强的控制系统。月球探测车的驱动控制系统作为月球探测车最底层的执行机构，其稳定性及快速性在很大程度上制约着月球探测车的自主行为能力，并且在复杂的未知环境中，月球探测车机械部件和控制系统极易出现故障，同时人类往往无法对月球探测车进行直接干预，因此，要确保月球探测车能在较长的时间里和复杂的工作环境下顺利完成预定任务，就需要建立容错机制以提高控制系统的可靠性。另外，对于在月表复杂环境下运行的探测车来说，探测车精确的驱动动力学模型是很难得到的，因此，需要解决模型参数不确知情况下的容错控制问题。

迄今为止，对月球探测车的驱动容错控制问题的研究仅见于孙多青撰写的论文“六轮摇臂式月球探测车协调驱动自适应模糊容错控制”（《宇航学报》，2012年第1期）；该文利用模糊逻辑系统设计了容错控制器。由于月球探测车的驱动控制系统具有多个输入变量，而众所周知，当处理含有多个输入变量的系统时，采用模糊控制存在一个普遍的困难：模糊控制器中规则数目随系统变量个数呈指数增长，即“维数灾”问题，这严重降低了控制的实时性，使得在工程上难以实现。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种实时性好，控制精度较高，且能保证闭环系统稳定性的基于分层模糊系统的月球探测车协调驱动自适应容错控制方法，以提高复杂和未知环境中月球探测车的驱动控制系统的可靠性，防止因执行器故障引起的月球探测车失控。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于分层模糊系统的月球探测车协调驱动自适应容错控制方法，其通过以下步骤实现：

 第一步，给定车轮滑转率                                               的期望值，；

 第二步，根据给定的车轮滑转率的期望值，限定在动态过程中的变化范围；

 第三步，根据已知参数和未知参数的变化范围，给出月球探测车在松软土壤上行驶时驱动系统动力学方程中的未知函数的界函数以及未知控制增益的上界函数和下界函数；即和,满足：

，，                  (1)

其中月球探测车在松软土壤上行驶时的驱动系统动力学方程为：

                     (2)

(2)式中：为状态向量；为车轮驱动力矩，是系统的输入；为系统的输出；为未知的干扰项；为未知的非线性故障函数，是故障发生函数，定义为

，

为故障发生的时刻；和为未知的非线性连续函数，其表达式分别为

          (3)

,    ；                                       (4)

(3)和(4)式中，为整车质量；为车轮半径；为车轮转动惯量；为车速；为车轮在竖直方向上的负载；，，，为拟合系数；

第四步，给出未知故障函数的界函数以及未知的干扰项的界；

第五步，给出各层模糊系统的输入变量的论域；并选取隶属函数；

第六步，分别用如下两层模糊逻辑系统：

，,      (5)

来逼近，和；且

     ，，；                  (6)

其中，，，，，，为模糊基函数；, , 为参数向量，； 

第七步，计算误差，并设计参数向量, , 的自适应律；

第八步，根据第七步得到的参数向量, , , 设计分层模糊容错控制器：

 ，                                          (7)                   

其中，

                                         (8)

(8)式中，表示检测出故障的时刻；

(8)式中为故障发生前的等效控制项，设计为