控制参量的冗余优化处理方法、装置及实现装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种控制参量的冗余优化处理方法、装置及实现装置；其中，该方法应用于倾转旋翼机，包括：获取倾转旋翼机的控制参量和飞行参量；根据倾转旋翼机的动力学模型，建立控制参量与飞行参量的第一对应关系；根据第一对应关系，确定控制参量的自由系数；根据预设的优化指标，对自由系数求取最优解；根据最优解，确定最终的控制参量。本发明专利技术降低了倾转旋翼机控制方法的复杂度，提高了控制效率。

【技术实现步骤摘要】
控制参量的冗余优化处理方法、装置及实现装置
本专利技术涉及飞行器控制
，尤其是涉及一种控制参量的冗余优化处理方法、装置及实现装置。
技术介绍
倾转旋翼机的控制参量包括与旋翼数量对应的各个电机的转速及各个旋翼在水平方向及竖直方向的倾转角度；当倾转旋翼机为三旋翼式时，包括九个控制参量；而一个飞行器的运动自由度共有六个，包含沿三个坐标轴的平移运动和旋转运动；由此可见，控制参量大于运动自由度，造成了参量冗余的问题，导致对倾转旋翼机的控制方法比较为复杂，效率较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种控制参量的冗余优化处理方法、装置及实现装置，以降低控制方法的复杂度，提高控制效率。第一方面，本专利技术实施例提供了一种控制参量的冗余优化处理方法，该方法应用于倾转旋翼机，包括：获取倾转旋翼机的控制参量和飞行参量；根据倾转旋翼机的动力学模型，建立控制参量与飞行参量的第一对应关系；根据第一对应关系，确定控制参量的自由系数；根据预设的优化指标，对自由系数求取最优解；根据最优解，确定最终的控制参量。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述控制参量包括第一电机的转速、第二电机的转速、第三电机的转速、第一旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度、第二旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度和第三旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度；上述飞行参量包括第一水平方向的合力、第二水平方向的合力、竖直方向的合力、第一水平方向的力矩、第二水平方向的力矩及竖直方向的力矩；第一水平方向与第二水平方向垂直。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述根据倾转旋翼机的动力学模型，建立控制参量与飞行参量的第一对应关系的步骤，包括：通过下述公式建立控制参量与飞行参量的第一对应关系：其中，Γ＝τ1cosα1cosβ1-τ2cosα2cosβ2+τ3cosα3cosβ3，τ1为第一电机产生的力矩，F1为第一旋翼的升力；τ2为第二电机产生的力矩，F2为第二旋翼的升力；τ3为第三电机产生的力矩，F3为第三旋翼的升力；α1、β1分别为第一旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度；α2、β2分别为第二旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度；α3、β3分别为第三旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度；U1为第一水平方向的合力，U2为第二水平方向的合力、U3分别为竖直方向的合力，U4为第一水平方向的力矩，U5为第二水平方向的力矩、U6为竖直方向的力矩，l为机轴长度。其中，τi、Fi分别与第i电机的转速成正比：τi＝dSi2(i＝1，2，3)Fi＝kFSi2(i＝1，2，3)其中，Si为第i电机的转速，d、kF为已知比例系数。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述根据第一对应关系，确定控制参量的自由系数的步骤，包括：采用下述公式计算获得自由系数：其中，t1，t2，t3为自由系数。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述根据预设的优化指标，对自由系数求取最优解的步骤，包括：如果优化指标包括能量消耗量，建立能量消耗量与控制参量的第二对应关系；获取能量消耗量最小时，自由系数的取值，将该取值确定为自由系数的最优解。结合第一方面的第四种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述建立能量消耗量与控制参量的第二对应关系的步骤，包括：通过下述公式建立能量消耗量与控制参量的第二对应关系：其中，J为能量消耗量的指标函数，表示0～tf时间内能量消耗量的大小；L为自由系数与能量消耗量相关的函数。结合第一方面的第五种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述获取能量消耗量最小时，自由系数的取值，将该取值确定为自由系数的最优解的步骤，包括根据第二对应关系，通过计算得到函数L的公式如下：根据变分法基本原理、第二对应关系以及函数L的公式，计算得到下述公式，以求取自由系数的最优解：其中，根据最小二乘法原理，通过近似计算得到当能量消耗量近似最小时，自由系数的近似最优解：第二方面，本专利技术实施例还提供一种控制参量的冗余优化处理装置，该装置设置于倾转旋翼机，包括：参量获取模块，用于获取倾转旋翼机的控制参量和飞行参量；第一对应关系建立模块，用于根据倾转旋翼机的动力学模型，建立控制参量与飞行参量的第一对应关系；自由系数确定模块，用于根据第一对应关系，确定控制参量的自由系数；求取最优解模块，用于根据预设的优化指标，对自由系数求取最优解；控制参量确定模块，用于根据最优解，确定最终的控制参量。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述控制参量包括第一电机的转速、第二电机的转速、第三电机的转速、第一旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度、第二旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度和第三旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度；上述飞行参量包括第一水平方向的合力、第二水平方向的合力、竖直方向的合力、第一水平方向的力矩、第二水平方向的力矩及竖直方向的力矩；第一水平方向与第二水平方向垂直。第三方面，本专利技术实施例还提供一种控制参量的冗余优化处理实现装置，包括存储器和处理器，其中，存储器用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述方法。本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术实施例提供了一种控制参量的冗余优化处理方法、装置及实现装置；获取倾转旋翼机的控制参量和飞行参量后，根据倾转旋翼机的动力学模型，建立控制参量与飞行参量的第一对应关系；根据该对应关系，确定控制参量的自由系数；进一步根据预设的优化指标，对自由系数求取最优解；从而根据最优解，确定最终的控制参量。该方式降低了控制方法的复杂度，提高了控制效率。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本专利技术的上述技术即可得知。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种控制参量的冗余优化处理方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的倾转旋翼机的PID控制器的动力学模型模块的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的基于Backstepping方法的倾转旋翼机控制器的动力学模型模块的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种控制参量的冗余优化处理装置的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种控制参量的冗余优化处理实现装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制参量的冗余优化处理方法，其特征在于，所述方法应用于倾转旋翼机，包括：获取倾转旋翼机的控制参量和飞行参量；根据所述倾转旋翼机的动力学模型，建立所述控制参量与所述飞行参量的第一对应关系；根据所述第一对应关系，确定所述控制参量的自由系数；根据预设的优化指标，对所述自由系数求取最优解；根据所述最优解，确定最终的控制参量。

【技术特征摘要】
1.一种控制参量的冗余优化处理方法，其特征在于，所述方法应用于倾转旋翼机，包括：获取倾转旋翼机的控制参量和飞行参量；根据所述倾转旋翼机的动力学模型，建立所述控制参量与所述飞行参量的第一对应关系；根据所述第一对应关系，确定所述控制参量的自由系数；根据预设的优化指标，对所述自由系数求取最优解；根据所述最优解，确定最终的控制参量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制参量包括第一电机的转速、第二电机的转速、第三电机的转速、第一旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度、第二旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度和第三旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度；所述飞行参量包括第一水平方向的合力、第二水平方向的合力、竖直方向的合力、第一水平方向的力矩、第二水平方向的力矩及竖直方向的力矩；所述第一水平方向与所述第二水平方向垂直。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述倾转旋翼机的动力学模型，建立所述控制参量与所述飞行参量的第一对应关系的步骤，包括：通过下述公式建立所述控制参量与所述飞行参量的第一对应关系：其中，Γ＝τ1cosα1cosβ1-τ2cosα2cosβ2+τ3cosα3cosβ3，τ1为第一电机产生的力矩，F1为第一旋翼的升力；τ2为第二电机产生的力矩，F2为第二旋翼的升力；τ3为第三电机产生的力矩，F3为第三旋翼的升力；α1、β1分别为第一旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度；α2、β2分别为第二旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度；α3、β3分别为第三旋翼的水平倾转角度及竖直倾转角度；U1为第一水平方向的合力，U2为第二水平方向的合力、U3分别为竖直方向的合力，U4为第一水平方向的力矩，U5为第二水平方向的力矩、U6为竖直方向的力矩，l为机轴长度；其中，τi、Fi分别与第i电机的转速成正比：τi＝dSi2(i＝1，2，3)Fi＝kFSi2(i＝1，2，3)其中，Si为第i电机的转速，d、kF为已知比例系数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一对应关系，确定所述控制参量的自由系数的步骤，包括：采用下述公式计算获得自由系数：其中，t1，t2，t3为所述自由系数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据预设的优化指标，对所述自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，王云鹤，李平，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33