[发明专利]一种基于启发式搜索的过驱系统控制方法

说明书

本发明公开了一种基于启发式搜索的过驱系统控制方法，首先随机指定一个初始小面，利用期望虚拟控制指令与可达集小面的几何关系，朝着靠近控制指令的方向进行搜索，通过仅检查期望虚拟控制指令周围小面的方法提高计算效率，与随机搜索的方法相比，该方法搜索过程涉及的小面数量大大减少，并且在时间效率上有约70％的提升，适用于飞行器等实时性要求较高的控制系统。

技术领域

本发明属于系统控制技术领域，具体涉及一种基于启发式搜索的过驱系统控制方法。

背景技术

为了增加航天器的机动能力和可靠性，通常考虑具有冗余致动器的配置。然而，控制指令不能由致动器直接产生，因为冗余致动器的配置导致很多控制指令都可以满足控制要求。控制分配是在冗余致动器之间分配控制需求以满足其位置和速率限制范围内的目标优化问题。评估控制分配算法的指标有：期望力矩(DM)与由致动器产生的输出力矩之间的分配误差、控制算法用以产生期望力矩所需要的控制装置、由控制算法与在其位置和速率变化范围内的致动器产生的力矩组成的控制子集、算法保存离线数据需要的存储器空间以及算法在计算致动器的控制指令时花费的分配时间。

分配时间，尤其是在线计算时间对算法的实时应用具有显著影响，而对于特定应用也应考虑其他属性。当前的分配方法(例如，菊花链，广义逆和伪逆)使用很少的存储空间，分配时间也较为理想，但是可达集(AMS)中存在分配错误和有限分配子集(体积严格小于AMS，并且与AMS的体积比在高冗余问题中急剧下降)限制了其应用。修改的伪逆重分布(MPIR)方法和子梯度优化(SGO)扩大了分配子集并增加获得最优解的概率，但是在AMS中可能仍然存在分配误差。直接分配(DA)方法实现了DM在AMS内部时的无误差分配，但需要更多的在线计算时间来搜索与DM匹配的正确面，这限制了直接分配算法的实时应用。除了DA，几个l₁范数误差最小化目标优化方法可以转换为正常线性规划(LP)模型，并使用单纯形或内点法求解。这些方法保证在有限的时间段内获得最优解，但是分配时间仍然是MPIR的三倍或更多。使用球面坐标的快速控制分配方法对在线计算表现出色，但是在离线计算中需要大量的存储空间来保存查找表。Durham提供了一种计算高效的方法，在90％以上的实例测试中获得了最佳解，计算时间也随着控件数量的增加而线性变化。然而，该方法因为缺乏细节而很难再现。因此，找到一个在在线计算中表现优异而没有分配误差，并且使用有限的离线计算和可接受的存储器空间的算法具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于启发式搜索的过驱系统控制方法，可以提高控制效率。

一种基于启发式搜索的过驱系统控制方法，包括如下步骤：

Step1、在已构建的可达集中随机给定一个初始小面f；

Step2、将小面f与所述可达集的原点O构成四棱锥；令小面f的四个顶点依次为A、B、C和D；针对给定的期望虚拟控制指令向量v_d，将四棱锥和向量v_d沿或方向投影；计算γ₁，β₁，γ₂，β₁和γ₁，γ₂，其中：

Step3、若满足：γ₁，β₁＜γ₁，γ₂且γ₂，β₁＜y₁，γ₂，则进入Step4；

若不满足，再继续进行判断：

若γ₁，β₁≤γ₂，β₁，将小面f的边AD的邻接小面作为小面f，返回Step2；