[发明专利]一种带有执行器饱和问题的运动体姿态事件触发控制方法

说明书

技术领域

本发明提供一种带有执行器饱和问题的运动体姿态事件触发控制方法，它为一般常规运动体提供一种可根据事件触发更新控制器、抗执行机构饱和的跟踪期望姿态的新的用途广泛的控制方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

对于带有执行机构的运动体，在运动体跟踪期望姿态时，由于运动体的执行机构存在限位设置，易于引发执行机构饱和的问题；此外，在运动体的运动过程中，常存在数据负载过大导致控制系统性能下降，甚至将导致系统不稳定等问题。

此发明“一种带有执行器饱和问题的运动体姿态事件触发控制方法”是把以上问题作为切入点，而提出的有针对性、基于运动体线化模型进行控制器设计、可使用于非线性运动体模型的姿态跟踪控制方法。该方法综合了LQ抗饱和控制方法和事件触发（event-triggered）控制理论，改善修复执行机构饱和问题，解决控制系统数据负载过大问题，并保证闭环系统稳定性，为运动体的姿态跟踪控制工程提供了一种可行高效的设计手段。

发明内容

目的：本发明的目的在于提供一种带有执行器饱和问题的运动体姿态事件触发控制方法，控制工程师可以在结合实际参数的同时，按照该方法实现运动体抗执行机构饱和、控制系统数据负载过大问题的姿态跟踪控制。

技术方案：本发明“一种带有执行器饱和问题的运动体姿态事件触发控制方法”，其主要内容及步骤是：先根据给定的姿态角期望跟踪值进行误差计算；然后由姿态运动学方程进行姿态运动学控制计算得到期望角速度；根据LQ抗饱和控制方法和事件触发（event-triggered）控制理论计算控制器，随后基于运动体的线化动力学方程得到控制量；最后将此控制量用于运动体非线性模型。在实际工程应用当中，运动体的位置、姿态、速度等状态量由组合惯导等传感器测量得到，而由该方法计算得到的控制量将传输至执行机构，即可解决运动体执行机构饱和、控制系统数据负载过大问题的姿态跟踪控制功能。

本发明“一种带有执行器饱和问题的运动体姿态事件触发控制方法”，其具体步骤如下。

步骤一给定期望跟踪值：给定期望姿态角；给定期望姿态角速度。

步骤二姿态角跟踪误差计算：计算期望姿态角与实际姿态角之间的误差；计算期望姿态角速度误差。

步骤三事件触发（event-triggered）控制器设计：计算反馈增益。

步骤四计算消除期望姿态角与实际姿态角之间误差所需的无限制控制量，即事件触发（event-triggered）控制器输出量；设计事件条件。

步骤五给定控制量限位：计算消除期望姿态角、期望姿态角速度与实际姿态角、实际姿态角速度之间误差所需的饱和控制量。

步骤六LQ抗饱和控制补偿器设计：计算修正控制量的反馈项和修正状态量的反馈项。

步骤七计算经LQ抗饱和控制补偿器修正后的事件触发（event-triggered）控制器输入和事件触发（event-triggered）控制器输出 ，最终将控制量用于运动体非线性模型。

其中，在步骤一中所述的给定期望姿态角包括：期望姿态角为，可以是时间或路径的函数，也可以是定值 ；所述的给定期望速度为，可以是时间或路径的函数，也可以是定值。

其中，在步骤二中所述的姿态角跟踪误差，其计算方法如下：

所述的为姿态角速度误差，其计算方法如下：

其中，为控制参数。

其中，在步骤三中所述的反馈增益K_c，其计算方法如下：

1）给出线性化运动体状态方程

将一般形式运动体的线化状态方程表达为 ，

其中，为状态量，其中，为姿态角，为姿态角速度，为期望姿态角，为期望姿态角速度；为输入量，为状态误差输出，其中。

2）设计事件触发（event-triggered）控制器，计算反馈增益K_c

反馈增益的K_c计算方法如下：

定义对称正定矩阵X_c>0，矩阵Y_c 和参数μ>0 满足如下线性矩阵不等式：

解出矩阵X_c与Y_c从而得到

需要指出的是，事件触发（event-triggered）控制器的输入量μ_c为：

μ_c = e