[发明专利]一种基于优化预测的倾转旋翼无人机控制分配方法

权利要求书

1.一种基于优化预测的倾转旋翼无人机控制分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：计算倾转旋翼无人机当前模态下的控制效能矩阵B；具体过程如下：

对倾转旋翼无人机过渡过程中的控制效能矩阵进行计算，确定倾转旋翼无人机过渡走廊内的某一状态点，得到安全可靠的飞行速度V和短舱倾转角δ，在当前状态下对倾转旋翼无人机六自由度非线性动力学模型进行配平与线性化，得到小扰动状态方程：

其中，x为系统状态变量；y为系统输出；u为系统控制输入；上标·表示一阶导数；A、B_u、C均表示常数矩阵；

提取系数矩阵B_u中的力矩系数，得到倾转旋翼无人机当前模态下的控制效能矩阵B：

其中，C_L,C_M,C_N分别表示滚转力矩系数、俯仰力矩系数、偏航力矩系数；{δ_g|g＝1,2,…m}表示作动器，m为作动器数量；

S2：输入期望三轴力矩的单位化向量为期望三轴力矩向量，其中，L、M、N分别表示滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩；

S3：计算伪逆解并对伪逆解向量单位化处理得到单位伪逆解

S4：基于步骤S3中计算得到的单位伪逆解判断第一个饱和的作动器；

S5：计算伪逆解系数和零空间系数；具体过程如下：

由步骤S4得到，当只有一个作动器饱和的伪逆解系数a₀对应的零空间系数设下一个作动器饱和时的伪逆解系数为a₁，求解对应的零空间系数

设定局部优化代价函数如式(3)：

其中，上标T表示转置矩阵；表示拉格朗日算子；表示零空间的标准正交基；表示伪逆解系数为a₀时对应的伪逆解表示伪逆解系数为a₁时对应的伪逆解脚标sat表示向量中与饱和作动器相对应的元素；

通过求解式(3)得到二范数最小的零空间解

其中，

S6：确定下一个饱和的作动器并更新优化预测解系数；

S7：判断是否遍历所有的作动器，若所有作动器饱和时的优化预测解系数都已经确定，则进行步骤S8，否则不断执行步骤S6，直至所有作动器达到饱和；

S8：查表法确定任意期望转矩下的优化预测解。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3具体过程如下：

求解控制分配问题通过求解控制效能矩阵B的逆矩阵B^-1得到伪逆解对伪逆解进行单位化处理得到单位伪逆解

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4具体过程如下：

基于步骤S3计算得到的单位伪逆解找到使得只有一个作动器饱和的伪逆解系数a₀使得满足式(2)：

式中，表示在可达控制集合Ω内伪逆法能够输出的沿着期望力矩方向的最大力矩；表示优化预测解中的伪逆解部分；表示优化预测解中的零空间解部分；Ω为可达控制集合，其中，表示作动器位置向量，u_i表示作动器i的位置，m是作动器的数量，表示m维向量空间，u_lwri表示作动器i的位置下限，u_upri表示作动器i的位置上限；δ(Ω)表示可达控制集合的边界；P_Smin表示伪逆解的集合，Φ为转矩可达集合，表示n维向量空间，表示转矩可达集合Φ内的力矩向量；计算使得只有一个作动器饱和的伪逆解系数a₀，得到第一个饱和的作动器。