本发明专利技术提供了一种快速搜索的直接控制分配方法，在构建完可达集后将可达集各个小面按其所在卦限分类保存，在搜索与期望虚拟指令相交的面时将搜索区域限制在期望虚拟指令所在卦限，减少搜索环节涉及小面数量，提高算法效率；利用判断期望虚拟指令与可达集小面是否相交过程中产生的数据确定搜索方向，以此进行启发式搜索，与传统的顺序搜索的方向相比，大大减少了计算量，提高了算法的时间性能。
A Direct Control Assignment Method Based on Fast Search
The invention provides a direct control allocation method for fast search. After constructing the reachable set, each facet of the reachable set is classified and saved according to its hexagram limit. When searching the face intersecting with the desired virtual instruction, the search area is limited to the hexagram limit of the desired virtual instruction, which reduces the number of facets involved in the search link and improves the efficiency of the algorithm. The heuristic search is based on the data generated during the intersection of facets. Compared with the traditional sequential search, the computational complexity is greatly reduced and the time performance of the algorithm is improved.
【技术实现步骤摘要】
一种基于快速搜索的直接控制分配方法
本专利技术属于过驱动机械系统的运动控制
，具体涉及一种快速搜索的直接控制分配方法。
技术介绍
为了提高飞行器的机动性、稳定性，通常考虑执行器冗余配置，即执行器数量多于实现运动目标所需的最少数量。但冗余配置的执行器导致有无数条控制指令能够实现控制目标，传统的控制方法不再适用。控制分配将系统运动控制目标分配给各执行器，协调执行器的偏转。飞机、卫星等的姿态控制通常需要涉及多个执行器以保证系统的快速响应和稳定性，控制分配在这些领域发挥着很重要的作用。控制分配问题的提出至今已有20多年，控制分配技术最初提出的领域是先进气动布局的飞行器的飞控设计问题，而现在，由于控制分配技术在航空航天领域取得的瞩目成果，在汽车、船舶和航天器等多个领域也逐渐有了控制分配技术的应用。而控制分配技术本身也经历了由线性控制分配到非线性控制分配、由静态控制分配到动态控制分配、由简单的单目标优化控制分配到复杂的多目标优化控制分配的发展过程。传统的控制分配方法如显式分配方法，是一种比较简单的分配方法，其本身的设计与实现也相对简单，但是很难处理执行器受到的最大偏转位置和最大偏转速率的限制，并且其能够实现虚拟控制指令远远小于可达集。现在较为常用的直接分配方法优点在于具有明确的几何意义，并且能够保证经直接分配算法得出的虚拟控制指令与期望的虚拟控制指令方向相同。但是该方法的缺点在于，当系统执行机构的冗余度较高时，其计算的时间随着执行器的数目呈二次方增长，很难满足实时应用的时间效率要求。因此，设计一种计算效率高、实时性好的控制分配方法对于过驱动机械系统的运动控制具有重要意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种快速搜索的直接控制分配方法，能够保证在可达集内无分配误差的前提下极大地减少算法计算量。一种直接控制分配方法，包括如下步骤：步骤0、对于一个期望虚拟指令首先在所在卦限内随机选取可达集中一个面作为初始面f，步骤一、将面f的四个顶点按顺序记为A,B,C和D，对应的控制向量分别记为u1，u2，u3和u4；将期望虚拟指令由可达集坐标原点O到面f的任意一个顶点组成的向量，和该顶点到相邻两个顶点组成的两个向量采用线性方程进行表征：通过求解方程(1)，得到λ1、λ2和λ3的值；然后判断λ1、λ2和λ3的值是否满足如下条件：如果不满足，执行步骤二；如果满足继续判断：(1)若λ>1，表示位于可达集外，计算得到的控制输入向量为：uc＝u1+λ2/λ1(u2-u1)+λ3/λ1(u3-u1)(3)(2)若0<λ1≤1，则表示位于可达集内，则计算得到的控制输入向量为：uc＝λ1u1+λ2(u2-u1)+λ3(u3-u1)(4)步骤二、判断是否满足0<λ2/λ1≤1的条件：如果满足，则执行步骤三；如果不满足该条件，继续判断：(1)若λ2/λ1>1，将与BC边相邻的面记为面f，返回步骤一；(2)若λ2/λ1<0，将与AD边相邻的面记为f，返回步骤一；步骤三、当满足0<λ3/λ1≤1条件时，执行步骤四；当不满足该条件时，继续判断：(1)若λ3/λ1>1，将与CD边相邻的面记为f，返回步骤一；(2)若λ3/λ1<0，将与AD边相邻的面记为f，返回步骤一；步骤四：当式(2)中三个条件均满足时，或的延长线和f相交，计算交点，分以下两种情况计算出控制输入向量：(1)若λ1>1，uc＝u1+λ2/λ1(u2-u1)+λ3/λ1(u3-u1)；(2)若0<λ1≤1，uc＝λ1u1+λ2(u2-u1)+λ3(u3-u1)。如此则完成控制分配。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供的一种快速搜索的直接控制分配方法，在构建完可达集后将可达集各个小面按其所在卦限分类保存，在搜索与期望虚拟指令相交的面时将搜索区域限制在期望虚拟指令所在卦限，减少搜索环节涉及小面数量，提高算法效率；利用判断期望虚拟指令与可达集小面是否相交过程中产生的数据确定搜索方向，以此进行启发式搜索，与传统的顺序搜索的方向相比，大大减少了计算量，提高了算法的时间性能。附图说明图1是一种快速搜索的直接控制分配方法流程图；图2是某型号战斗机的可达集示意图；图3是期望虚拟指令与可达集面相交情况的示意图；图4是期望虚拟指令与可达集面不相交情况的示意图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。如图1所示，本专利技术提供了一种基于快速搜索的直接控制分配方法，能够在执行器冗余配置的机械系统中，根据系统给出的期望虚拟指令，快速计算出控制输入，能够在保证可达集内无分配误差的条件下，极大地提高直接控制分配方法计算效率。本例选择某型号战斗机参数，用一种现有的基于行空间的方法构建可达集，构建的可达集如图2所示。该战斗机具有8个执行器，可达集共有56个面。对可达集的各个面进行编号并保存，保存各面的顶点坐标，保存各顶点对应的控制向量，并根据顶点坐标确定面所在卦限。若一个面的四个顶点位于同一卦限，则该面位于这个卦限内；若一个面的四个顶点位于不同卦限，则该面横跨这几个卦限。步骤一、对于一个期望虚拟指令首先在所在卦限内随机选取一个面作为初始面f，将f的四个顶点按顺序记为A,B,C和D，对应的控制向量分别记为u1，u2，u3和u4；如图3所示，则可由可达集坐标原点O到f的任意一个顶点组成的向量，和该顶点到相邻两个顶点组成的两个向量采用线性方程进行表征：上式中，以顶点A为例，以其它顶点对进行线性表征也可以实现；由于方程(1)为三元一次的向量方程，则通过解方程可得λ1、λ2和λ3的值；然后判断λ1、λ2和λ3的值是否满足如下条件：如果不满足，执行步骤二；如果满足，则说明或延长后与f相交，然后继续判断：(1)若λ1>1，表示位于可达集外，无论执行器怎么偏转都无法实现期望虚拟指令，而只能保证计算得到的虚拟指令与期望虚拟指令方向相同，即计算得到的控制输入向量为：uc＝u1+λ2/λ1(u2-u1)+λ3/λ1(u3-u1)(3)(2)若0<λ1≤1，则表示位于可达集内，可通过执行器的偏转实现期望虚拟指令，而控制输入向量为：uc＝λ1u1+λ2(u2-u1)+λ3(u3-u1)(4)步骤二、当与当前所选的面f不相交时，我们需要搜索其他的面，找到交点。传统方法是按顺序搜索，该方法计算量大，需要耗费较长计算时间。而一种修正的直接控制分配方法中提出只搜索位于期望虚拟指令附近的面的方法，然而确定位于期望虚拟指令附近的面计算量较大，导致算法效率降低。本专利技术提出一种基于几何直观的启发式搜索方法，通过与f的位置关系确定搜索方向，从而极大地减少计算量，提高算法效率。方法的详细描述如下：若式(2)中条件不满足，则或延长线都和f不相交时，如图4所示，因为我们已经限制了搜索区域，和f位于同一卦限内，所以λ1>0恒成立；因此需判断式(2)中另外两个条件，即：当满足0<λ2/λ1≤1条件时，则执行步骤三；当不满足该条件时，继续判断：若λ2/λ1>1，则说明将f沿方向扩展后与期望虚拟指令或的延长线相交，如图4中所示，将与BC边相邻的面记为f，返回步骤一；若λ2/λ1<0，则说明将f沿方向扩展后与期望虚拟指令或的延长线相交，如图4中所示，将与AD本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种直接控制分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤0、对于一个期望虚拟指令
【技术特征摘要】
1.一种直接控制分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤0、对于一个期望虚拟指令首先在所在卦限内随机选取可达集中一个面作为初始面f，步骤一、将面f的四个顶点按顺序记为A,B,C和D，对应的控制向量分别记为u1，u2，u3和u4；将期望虚拟指令由可达集坐标原点O到面f的任意一个顶点组成的向量，和该顶点到相邻两个顶点组成的两个向量采用线性方程进行表征：通过求解方程(1)，得到λ1、λ2和λ3的值；然后判断λ1、λ2和λ3的值是否满足如下条件：如果不满足，执行步骤二；如果满足继续判断：(1)若λ1>1，表示位于可达集外，计算得到的控制输入向量为：uc＝u1+λ2/λ1(u2-u1)+λ3/λ1(u3-u1)(3)(2)若0<λ1≤1，则表示位于可达集内，则计算得到的控制输入向量为：uc＝λ1u1+λ2(u2-u1)+λ3(u3-u1)(4)...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘彤，沈宏梁，王美玲，刘冬宇，李海筝，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。