[发明专利]效率矩阵列向量成比例下过驱动系统控制可达集确定方法

说明书

本发明提出一种效率矩阵列向量成比例下过驱动系统控制可达集确定方法，属于过驱动系统动力学控制分配技术领域。该方法首先将控制集所有边界面进行分组；然后判定控制效率矩阵所有列向量是否均成比例，并在不同情况下得到控制可达集。本发明解决了控制效率矩阵为3行多列，其中两个或多个列向量成比例情况下，并联构型过驱动系统控制可达集的确定问题。

技术领域

本发明属于过驱动系统动力学控制分配技术领域，特别涉及效率矩阵列向量成比例下过驱动系统控制可达集确定方法。

背景技术

过驱动系统的控制可达集(Control Attainable Subset)能够对系统的控制能力进行定量表征，其计算是控制分配的逆问题。控制分配负责将期望的系统控制向量分配至各冗余执行器分别予以执行，控制可达集的计算是在各执行器变化范围已知的情况下，确定所有执行器同时作用而能够达到的系统控制可达向量的边界，从而获知过驱动系统的控制能力，特别是部分执行器失效后的系统控制能力。基于控制可达集的控制分配方法已成为控制分配领域研究的热点问题。

各执行器之间不存在约束关系情况下并联构型过驱动系统控制可达集表达式如下：

Φ＝{v|v＝B·u,u∈Ω} (1)

式中，u为控制向量，u＝(u₁,...,u_m)^T，表示过驱动系统的控制输入，其中T为矩阵转置符号，第i个控制分量u_i为对应的第i个执行器的控制作用量，1≤i≤m，m为执行器的数目，u_{i min}≤u_i≤u_{i max},u_{i min}为第i个执行器控制作用量的最小值，u_{i max}为第i个执行器控制作用量的最大值；Ω为控制集，Ω＝{u}；v为过驱动系统的控制可达向量，v＝(v₁,…,v_n)^T，表示过驱动系统的控制输出，其中v_j为第j个控制可达分量，1≤j≤n，n为控制可达向量的维数，n＜m；Φ为控制可达集；B为n行m列的控制效率矩阵。

上述式(1)表述的物理意义是：已知过驱动系统m个控制输入构成的控制向量的集合Ω，如何通过控制效率矩阵B确定其n个控制输出构成的控制可达向量的集合Φ？以四轮独立驱动-独立转向车辆为例，其控制可达集物理意义如下：

1)已知4个车轮的4个纵向力分别为F_L1、F_L2、F_L3、F_L4，4个车轮的4个侧向力分别为F_T1、F_T2、F_T3、F_T4；

2)令包含8个控制分量的四轮独立驱动-独立转向车辆控制向量u_V＝(F_L1,F_T1,F_L2,F_T2,F_L3,F_T3,F_L4,F_T4)^T，F_{Li min}≤F_Li≤F_{Li max}，F_{Ti min}≤F_Ti≤F_{Ti max},(i＝1,···,4),F_{Li min}、F_{Ti min}为各车轮纵向力、侧向力的最小值，F_{Li max}、F_{Ti max}为各车轮纵向力、侧向力的最大值；

3)所有u_V构成四轮独立驱动-独立转向车辆的控制集Ω_V＝{u_V}；