广义作动器控制分配与重构方法、装置及其相关组件制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种广义作动器控制分配与重构方法、装置及其相关组件，该方法包括：接收在机体坐标系下的目标状态的多个指令v；获取各指令v的权重，并构建对角权重矩阵W

【技术实现步骤摘要】
广义作动器控制分配与重构方法、装置及其相关组件
本专利技术涉及飞机导航及控制
，尤其涉及一种广义作动器控制分配与重构方法、装置及其相关组件。
技术介绍
目前垂直起降固定翼飞机随着三电技术(电控、电机、电池)的快速发展得到了越来越广泛的关注。由于垂直起降固定翼飞机不仅有可提供升力的动力系统，还有固定翼飞机的气动舵面，其可供控制的作动器数量增加，并且在固定翼与旋翼之间的过渡阶段会伴随更严重的动力-气动耦合问题，系统呈现出更强的非线性特征，控制难度增大。目前应用较广泛的垂直起降固定翼飞机的控制方式是将飞机分别解耦成旋翼控制问题与固定翼控制问题，也就是旋翼的升力系统与固定翼的气动舵面是各自独立进行控制分配的。但这样在旋翼与固定翼的转换过渡过程中无法保证期望的力与力矩指令被合理分配，并且不能充分利用升力系统与气动舵面的操纵效能。因此需要提出一种能够有效利用垂直起降固定翼操纵能力的控制分配方式。另一方面，综合利用气动舵面与动力系统仍然可以视作多作动器的控制分配问题。目前较广泛采用的有直接分配、广义逆、链式分配、再分配伪逆方法等，这些方法在有作动器饱和时，不能保证控制分配指令被按指定权重分配，并且出现故障时常常需要切换到另一套控制分配重构，方法较冗杂。为此需要一种能够统一处理舵面饱和与故障问题的控制分配方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种广义作动器控制分配与重构方法、装置及其相关组件，旨在解决合理分配垂直起降固定翼飞行器的各气动舵面与各动力系统输出、在广义作动器饱和或故障时进行合理控制分配与重构的问题。为解决上述技术问题，本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：第一方面：提供一种广义作动器控制分配与重构方法，包括：接收在机体坐标系下的目标状态的多个指令v，其中多个指令v包括飞机在机体坐标系下的加速度和角加速度；获取各所述指令v的权重，并构建对角权重矩阵Wv；获取当前导航状态和狭义作动器的输入值，将所述当前的导航状态和狭义作动器的输入值均作为对应广义作动器的输入值输入到飞机模型进行线化处理，以得到各广义作动器组成的操纵效能矩阵B；指定各所述广义作动器的权重，并构建对角权重矩阵Wu；指定各所述广义作动器的可工作范围lb≤x≤ub，其中lb为工作最大值，ub为工作最小值，x为广义作动器的输出值；将上述多个所述指令v与各广义作动器的可工作范围的约束转化为基于有效集的凸优化问题进行求解，得到各广义作动器的输出值x。进一步的，获取当前导航状态和狭义作动器的输入值，将所述当前的导航状态和狭义作动器的输入值均作为对应广义作动器的输入值输入到飞机模型进行线化处理，以得到各广义作动器组成的操纵效能矩阵B，包括：获取当前的导航状态和狭义作动器的输入值，将所述当前的导航状态和狭义作动器的输入值均作为广义作动器的输入值；将各广义作动器的输入值u*输入至飞机模型，计算得到当前状态的指令v*；对广义作动器的输入值u*设定一个输入偏差量Δu，得到新的输入值u′，并将u′输入至飞机模型中，得出新的指令v′；根据所述输入偏差量Δu、指令v*以及指令v′计算得到每个广义作动器的操纵效能，并构建操纵效能矩阵B。进一步的，根据所述输入偏差量Δu、指令v*以及指令v′计算得到每个广义作动器的操纵效能，并构建操纵效能矩阵B，包括：按下式计算得出每个广义作动器的指令偏差量Δv：Δv＝v′-v*；按下式计算得到每个广义作动器的操纵效能Bn：Bn＝Δv/Δu。进一步的，将上述多个所述指令v与各广义作动器的可工作范围的约束转化为基于有效集的凸优化问题进行求解，得到各广义作动器的输出值x，包括：将上述多个指令v与各广义作动器的可工作范围的约束转化为下式进行求解：其中xd为期望广义作动器的输出值。进一步的，所述将上述多个指令v与各广义作动器的可工作范围的约束转化为下式进行求解的步骤之后，还包括：将公式(1)和公式(2)近似转化为求解使下述代价函数J尽可能小的x：其中，γ表示对于控制分配问题中K的重视程度；将公式(3)转化为下述公式(4a)和(4b)：x＝argminx‖Ax-b‖(4a)lb≤x≤ub(4b)采用有效集法求解公式(4a)和(4b)，得到各广义作动器的输出值x。进一步的，所述导航状态包括：飞机的角速度、滚转角、俯仰角、偏航角、迎角、侧滑角、空速、地速和高度。进一步的，指定各广义作动器的可工作范围lb≤x≤ub，包括：在无故障时将广义作动器的可工作范围定义在标称范围；在出现故障时将广义作动器的可工作范围的上限和下限均限定在卡死值。第二方面：本专利技术实施例还提供一种垂直起降固定翼飞机的广义作动器控制分配与重构装置，其包括：接收目标单元，接收在机体坐标系下的目标状态的多个指令v，其中多个指令v包括飞机在机体坐标系下的加速度和角加速度；对角权重矩阵Wv确定单元，获取各所述指令v的权重，并构建对角权重矩阵Wv；操纵效能矩阵确定单元，获取当前导航状态和狭义作动器的输入值，将所述当前的导航状态和狭义作动器的输入值均作为对应广义作动器的输入值输入到飞机模型进行线化处理，以得到各广义作动器组成的操纵效能矩阵B；对角权重矩阵Wu确定单元，指定各所述广义作动器的权重，并构建对角权重矩阵Wu；活动范围确定单元，指定各所述广义作动器的可工作范围lb≤x≤ub，其中lb为工作最大值，ub为工作最小值，x为广义作动器的输出值；最优分配单元，将上述多个所述指令v与各广义作动器的可工作范围的约束转化为基于有效集的凸优化问题进行求解，得到各广义作动器的输出值x。第三方面，本专利技术实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的垂直起降固定翼飞机的广义作动器控制分配与重构方法。第四方面，本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如第一方面所述的垂直起降固定翼飞机的广义作动器控制分配与重构方法。本专利技术实施例提供了一种广义作动器控制分配与重构方法、装置及其相关组件，本专利技术实施例通过控制广义作动器，进而能够充分利用飞机的操纵效能；另一方面，在广义作动器出现指令饱和或者出现故障的情况下，能够较便捷的对广义作动器进行控制与重构。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例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例，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广义作动器控制分配与重构方法的流程示意图；图2为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种广义作动器控制分配与重构方法，其特征在于：/n接收在机体坐标系下的目标状态的多个指令v，其中多个指令v包括飞机在机体坐标系下的加速度和角加速度；/n获取各所述指令v的权重，并构建对角权重矩阵W

【技术特征摘要】
1.一种广义作动器控制分配与重构方法，其特征在于：
接收在机体坐标系下的目标状态的多个指令v，其中多个指令v包括飞机在机体坐标系下的加速度和角加速度；
获取各所述指令v的权重，并构建对角权重矩阵Wv；
获取当前导航状态和狭义作动器的输入值，将所述当前的导航状态和狭义作动器的输入值均作为对应广义作动器的输入值输入到飞机模型进行线化处理，以得到各广义作动器组成的操纵效能矩阵B；
指定各所述广义作动器的权重，并构建对角权重矩阵Wu；
指定各所述广义作动器的可工作范围lb≤x≤ub，其中lb为工作最大值，ub为工作最小值，x为广义作动器的输出值；
将上述多个所述指令v与各广义作动器的可工作范围的约束转化为基于有效集的凸优化问题进行求解，得到各广义作动器的输出值x。


2.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼飞机的广义作动器控制分配与重构方法，其特征在于：获取当前导航状态和狭义作动器的输入值，将所述当前的导航状态和狭义作动器的输入值均作为对应广义作动器的输入值输入到飞机模型进行线化处理，以得到各广义作动器组成的操纵效能矩阵B，包括：
获取当前的导航状态和狭义作动器的输入值，将所述当前的导航状态和狭义作动器的输入值均作为广义作动器的输入值；
将各广义作动器的输入值u*输入至飞机模型，计算得到当前状态的指令v*；
对广义作动器的输入值u*设定一个输入偏差量Δu，得到新的输入值u′，并将u′输入至飞机模型中，得出新的指令v′；
根据所述输入偏差量Δu、指令v*以及指令v′计算得到每个广义作动器的操纵效能，并构建操纵效能矩阵B。


3.根据权利要求2所述的垂直起降固定翼飞机的广义作动器控制分配与重构方法，其特征在于：根据所述输入偏差量Δu、指令v*以及指令v′计算得到每个广义作动器的操纵效能，并构建操纵效能矩阵B，包括：
按下式计算得出每个广义作动器的指令偏差量Δv：
Δv＝v′-v*；
按下式计算得到每个广义作动器的操纵效能Bn：
Bn＝Δv/Δu。


4.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼飞机的广义作动器控制分配与重构方法，其特征在于：将上述多个所述指令v与各广义作动器的可工作范围的约束转化为基于有效集的凸优化问题进行求解，得到各广义作动器的输出值x，包括：
将上述多个指令v与各广义作动器的可工作范围的约束转化为下式进行求解：






其中xd为期望广义作动器的输出值。


5.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼飞机的广义作动器控制分配与重构方法，其特征在于：所述将上...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠涵，
申请(专利权)人：深圳市边界智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44