[发明专利]一种过驱动飞行器自适应控制分配方法

说明书

本发明涉及一种过驱动飞行器自适应控制分配方法，包括以下步骤：1)建立带有维度约束的冗余飞行器系统描述模型；2)利用参考模型生成顶层控制律；3)采用分配阵和遗传算法自适应混合控制分配算法进行控制分配。与现有技术相比，本发明具有实时性好，分配准确度高，容错性高等优点。

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，尤其是涉及一种过驱动飞行器自适应控制分配方法。

背景技术

为保障飞行器飞行作业的可靠性，飞行器的执行器设计一般采用冗余配置设计方案。这样的设计方案直接导致了飞行器系统的动力学呈现出过驱动系统的特点，即期望输出与各个执行器之间的对应关系不再明确且唯一。为了获得满足执行器约束和系统性能要求的执行器控制信号，需要采用合适的控制分配方法确定各执行器的控制指令。

对于飞行器控制系统而言，控制分配的目标可描述为，(1)操控性：能够实现飞行器系统输出对参考轨迹的跟踪；(2)可实现性：分配的控制信号满足执行器输入信号的约束要求；(3)容错性：在某些执行器发生未知的故障时，能够分配给未发生故障的控制器合适的指令，以降低故障对整体控制性能的影响。另一方面，衡量控制分配方法性能的指标主要包括，(1)时效性：能够在较短的时间内实现控制分配，实现实时控制；(2)准确性：能够较为精准地实现参考轨迹的跟踪。

目前主流的控制分配方法可简略分为两大类：非优化分配法和优化分配法。非优化分配法主要包括广义逆分配、链式递增方法；优化分配法则存在多种形式，依照分配准则的不同可分为最小误差分配、最小控制分配和混合分配等。非优化分配法的时效性好，但准确性由于受执行器约束的影响一般较差；优化分配法的准确性高，但时效性往往较差。考虑到目前使用的飞行器控制分配方法多采用单一的分配方法，很难实现控制分配时效性和准确性的兼顾，因此需要一种有效的自适应控制分配方法实现时效性和准确性的权衡设计。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种过驱动飞行器自适应控制分配方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种过驱动飞行器自适应控制分配方法，包括以下步骤：

1)建立带有维度约束的冗余飞行器系统描述模型；

2)利用参考模型生成顶层控制律；

3)采用分配阵和遗传算法自适应混合控制分配算法进行控制分配。

优选地，所述的1)建立带有维度约束的冗余飞行器系统描述模型具体为：

将飞行器系统描述模型及参数建立为如下多输入多输出标准形式：

其中是系统状态变量，是系统输入信号，是系统输出变量，u(t)＝[u₁(t),u₂(t),...,u_m(t)]^T，是第i个执行器在t时刻的输入信号，其中分别表示维数为n、m、l、1的实数向量空间，n为系统状态变量维数，m为执行机构的个数，l是系统输出变量维数，A为描述模型系统矩阵，C为描述模型输出矩阵，B_u为满足B_u＝[b₁,b₂,…,b_m]，rank(b_i)＝1对于i＝1,...,m，rank(B_u)＝n_u＜m的描述模型输入矩阵，且(A,B_u)能控。

优选地，所述的2)利用参考模型生成顶层控制律具体为：

考虑参考模型，即给定跟踪轨迹的模型：