[发明专利]一种考虑控制量饱和的指令重构算法

说明书

本发明实施例提供一种考虑控制量饱和的指令重构算法，涉及控制指令重构技术，能够解决现有控制分配策略单一，无法适应复杂情况的问题。个方法首先按不考虑饱和情况的基准分配方式进行控制分配，判断分配后物理舵面饱和情况；其次，若分配后有且仅有一片物理舵面饱和，则按照控制指令重构算法进行重新分配；若分配后有两片及两片以上物理舵面饱和，则按上一控制周期分配方式进行控制分配；最后，在上一步控制分配后，若出现仍有两片及以上物理舵面饱和情况，则按照基准控制分配方式进行分配。

技术领域

本发明涉及控制指令重构技术领域，尤其涉及一种考虑控制量饱和的指令重构算法。

背景技术

重构控制作为容错控制的一种方式，是利用冗余系统本身所具有的冗余性，确保动态系统在发生故障时，其性能尽量接近于正常系统，并且满足期望的性能指标。重构控制是美国国家航空宇航局1982年首先提出的新概念，曾组织了格鲁门公司、空军莱特研究所等单位进行了可重构战斗机的构型研究。重构控制的思想是在传统余度控制理论的基础上发展起来的。余度控制是在系统的一个或多个关键部件失效时，通过监控系统检测及隔离故障元件，并采用完全相同的备用元件来替代它们以维持系统的性能和稳定性不变。

临近空间飞行器具有大空域、宽马赫数飞行特点，同时面临着复杂的气动特性、大气环境、结构干扰力矩等众多不确定性因素和干扰，当采用一种控制分配策略时，极易出现单片物理舵面饱和情况，实际需用舵面可能超过限幅值，使所产生的控制量达不到需用控制量，若继续使用当前策略则导致舵效下降，降低飞行器的安全可靠性，考虑使用控制重构技术，而现有控制重构技术均无法满足要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种考虑控制量饱和的指令重构算法，能够解决现有控制分配策略单一，无法适应复杂情况的问题。

本发明的技术解决方案：

一种考虑控制量饱和的舵面指令重构算法，在一个控制周期内，该方法包括以下步骤：

第一步，按不考虑舵面翻转饱和情况的物理舵面控制指令对四个舵面进行控制分配，基准物理舵面控制指令u＝C₀u_c，其中，u_c＝[u_x u_y u_z]^T，u为基准物理舵面控制指令，C₀为控制转换矩阵，u_c为数学舵面控制指令；

第二步，判断第一步舵面翻转控制后四个物理舵面饱和情况，若有且仅有一片物理舵面饱和，则执行第三步，若有两片或两片以上物理舵面饱和，则执行第四步；

第三步，令翻转角度达到饱和的第i片舵面翻转至门限值，并对其它三片舵面重新翻转控制，控制指令为：u_-i＝(B_-i)^-1(B_cu_c-B_iu_i)，式中，B_-i表示舵效系数矩阵B除去第i列，B_-i为可逆方阵；B_i表示舵效系数矩阵B的第i列，u_-i表示物理舵面控制指令u除去对饱和的第i片物理舵面的控制，u_i表示第i片物理舵面控制指令，B_c、B矩阵取值如下：

继续执行第五步；

第四步，按上一控制周期结束时四个舵面翻转方式控制当前舵面翻转；

第五步，若经第三步对除第i片舵面以外的其它三片舵面重新翻转控制，或经第四步按上一控制周期重新翻转控制后，仍有两片及以上物理舵面饱和，则按照所述基准物理舵面控制指令控制四个舵面翻转。