[发明专利]多维控制系统模型降阶方法及装置

说明书

本发明公开了一种多维控制系统模型降阶方法及装置，涉及控制系统建模领域。其中，方法根据多维控制系统的状态空间参数构建多维控制系统高阶模型，多维控制系统高阶模型为Roesser模型；根据Roesser模型的初始矩阵建立多项式方程组；构建基判断多项式方程组是否存在非零解，如果存在非零解，则根据非零解构建第一矩阵和第二矩阵，利用第一矩阵和第二矩阵将初始矩阵转化为低阶矩阵，根据低阶矩阵得到多维控制系统等价低阶模型。在不降低建模精度或者输入‑输出关系的情况下，快速实现多维Roesser模型的降阶，简化多项式方程组，加速求解过程，提高状态空间模型的建模效率。

技术领域

本发明涉及控制领域，尤其是涉及一种多维控制系统模型降阶方法及装置。

背景技术

多维控制系统模型可以对许多实际控制系统进行建模，目前已经广泛并成功地应用于图像处理、热过程、无线传感器网络等各个领域，常用的多维控制系统模型例如Roessser模型。多维控制系统模型面临的一个基本问题是实现问题，即由给定的传递函数来实现多维控制系统状态空间模型。然而在目前情况下我们无法判断一个多维控制系统的实现是否是最小实现，这导致现有的状态空间模型通常阶数相对较高，而状态空间模型的阶数又直接关系到控制系统的计算复杂度和硬件实现成本。

例如变体飞行器是一种可以大尺度改变自身气动外形的飞行器，就是一种多维控制系统，这种能够改变外部结构的能力使其可以替代多种不同型号的飞机，因此能够实现全范围大包线下的最优气动外形飞行，而不只局限于单一的飞行作战任务。这种既能解决前期合理优化配置的气动外形，又能与后期多任务执行相悖的新概念飞行器成为了当今世界各国竞相研究的对象。但是在变形机构为飞行控制系统提供额外自由度的同时，会对飞行器的稳定性和操纵性产生很大影响。变体过程会使飞行器的展长、弦长、质心和、转动惯量等固有结构参数发生变化，从而加剧了飞行器建模的复杂性，需要对飞行器模型进行一定的降阶。

因此需要提出一种能够不降低建模精度或者输入-输出关系的多维控制系统状态空间模型的降阶方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种一种多维控制系统模型降阶方法，能够不降低建模精度或者输入-输出关系。

第一方面，本发明的一个实施例提供了：一种多维控制系统模型降阶方法，其特征在于，包括：

根据多维控制系统的状态空间参数构建多维控制系统高阶模型，所述多维控制系统高阶模型为Roesser模型；

根据所述Roesser模型的初始矩阵建立多项式方程组；

构建基判断所述多项式方程组是否存在非零解，如果存在非零解，则根据所述非零解构建第一矩阵和第二矩阵，利用所述第一矩阵和第二矩阵将所述初始矩阵转化为低阶矩阵，根据所述低阶矩阵得到多维控制系统等价低阶模型。

进一步地，所述根据所述Roesser模型的初始矩阵建立多项式方程组具体包括：

利用单位延时算子对所述初始矩阵进行分块得到分块矩阵；

根据所述分块矩阵构建得到所述Roesser模型的多项式方程组。

进一步地，根据所述分块矩阵构建得到所述Roesser模型的多项式方程组具体包括：

根据所述分块矩阵构建第一列向量；

根据所述第一列向量构建得到所述多项式方程组。

进一步地，将所述非零解代入所述第一列向量得到所述第一矩阵和所述第二矩阵。

进一步地，利用所述第一矩阵和所述第二矩阵将所述初始矩阵转化为低阶矩阵具体为：

所述初始矩阵左边乘以所述第一矩阵右边乘以所述第二矩阵得到所述低阶矩阵。