一种基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能、自适应控制领域，具体涉及一种基于一阶特征模型的全系数自 适应控制方法。
【背景技术】
[0002] 现有的基于特征模型的全系数自适应控制方法都是基于大于等于二阶的特征模 型，如1998年，《宇航学报》（Vol. 19,No. 1，Jan.，1998,P8-12)发表的"载人飞船全系数自 适应再入升力控制"，该论文中提出了基于落点预报的采用二阶特征模型的全系数自适应 控制方法。采用二阶特征模型，要求对每个模型参数必须进行上下界限制，对模型参数之和 也要进行上下界限制，才能保证闭环系统的稳定性。对大于等于二阶的特征模型，参数上下 界限值与控制周期与时间常数的比值有关，由于被控对象未知，时间常数也未知，只能根据 经验确定参数上下界限制。航天某型号跳跃式再入升力控制采用该方法。在对某型号跳跃 式再入升力控制进行深入研究过程中，发现由于被控对象动态变化大，模型参数有时触及 或停留边界，失去参数跟踪和自适应能力，从而限制了再入制导精度的进一步提高。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提出一种基于一阶特征模型的全系数自适应控制 方法，所采用的一阶特征模型参数少，只对参数范围有限制，不存在参数之和的限制，算法 简单，参数范围大，由参数估计值计算的动态增益跟踪速度快、适应能力强，且一阶特征模 型是恒稳定的，对于再入飞行器的控制效果优于二阶特征模型的全系数自适应控制方法。
[0004] 本发明的技术方案是：
[0005] -种基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法，所述一阶特征模型为一阶变系 数差分方程，表示如下：
[0006] y(k+l) =a(k)y(k) + ^ 〇 (k)u(k)
[0007] 其中，y(k)为被控对象当前周期的输出变换量，y(k+l)为被控对象下一周期的输 出变换量；u(k)为当前周期的控制量，a(k)、Pjk) -阶特征模型当前周期的时变参数；
[0008] 在每个周期基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法包括如下步骤：
[0009] 根据公去
【主权项】
1. 一种基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法，其特征在于，所述一阶特征模型 为一阶变系数差分方程，表示如下： y(k+l) =a(k)y(k) + ^ 〇 (k)u(k) 其中，y(k)为被控对象当前周期的输出变换量，y(k+l)为被控对象下一周期的输出变 换量；u(k)为当前周期的控制量，a(k)、Pjk) -阶特征模型当前周期的时变参数； 在每个周期基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法包括如下步骤： 根据公式
计算当前周期 的初步参数估计向量ejk)，其中^为增益因子、A2为除零保护因子， 0〈入'1，入2>0 为上一周期的回归向量，小T(k-1) = [y(k-l)，u(k-l)]T; 9 (k-1)为上一周期的被估参数向量，
根据当前周期的初步参数估计向量^(k)和上一周期的被估参数向量e(k-i)计 算当前周期的被估参数向量e(k)，e(k)zFueiGO+a-Fd0 (k-i)，其中Fei为滤 波系数，〇〈Fei<l;根据当前周期的被估参数向量e(k)确定当前周期的被估时变参数 供人..）、A⑷；其中，
判断当前控制周期的被估时变参数勿々）是否满足由幻0.99]，1为被估时 变参数的最小值，如果满足，则保留当前周期的被估时变参数#0，如果d⑷>a99,则 令负幻=0?",如果勿幻 < 逆，则令办幻=4判断当前周期的被估时变参数武⑷是否 满足戍⑷e[0.003 1.00]如果则令A(幻=丨.()()?如果A认)<0.003则令 J ? ? ? /)"⑷= 0.003. 5 根据当前控制周期的被估参数私幻和凡(幻进行线性反馈控制得到当前周期的控制量u(k)，u(k) =-La(k)y(k)/(PQ(k) +X)，L、X分别是增益调整参数、〇〈L< 1，X彡 〇。
2. 根据权利要求1所述的一种基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法，其特征在 于，将该方法用于再入飞行器的跳跃式再入升力控制。
3. 根据权利要求1所述的一种基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法，其特征在 于，被估时变参数的最小值i的取值范围为：〇.〇l〈i彡0.4。
4. 根据权利要求1所述的一种基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法，其特征在 于，a取0. 3。
5. 根据权利要求1所述的一种基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法，其特征在 于，所述控制量u(k)经过输出变换后得到用于反馈的控制量，所述用于反馈的控制量施加 至被控对象。
6. 根据权利要求1所述的一种基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法，其特征在 于，所述控制量u(k)经过积分和输出变换后得到用于反馈的升力控制量，所述用于反馈的 控制量施加至被控对象；积分的公式为 ： Ul(k) =Ul(k-l)+U(k)，其中Ul(k)为当前周期的积分后控制量，Ul(k-l)为上一周期的 积分后控制量。
7.根据权利要求1所述的一种基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法，其特征在 于，输出变换量y(k)的确定方法如下：计算被控对象的输出与基准输出的误差，然后对该 误差进行输入变换得到输出变换量y(k)。
【专利摘要】本发明公开了一种基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法，根据公式计算当前周期的初步参数估计向量θ1(k)；根据当前周期的初步参数估计向量θ1(k)和上一周期的被估参数向量θ(k-1)计算当前周期的被估参数向量θ(k)；根据当前周期的被估参数和进行线性反馈控制得到当前周期的控制量u(k)。本发明的基于一阶特征模型的全系数自适应控制方法，参数少，算法简单，参数范围大且容易确定，由参数估计值计算的动态增益跟踪速度快、适应能力强。
【IPC分类】G05B13-04
【公开号】CN104570734
【申请号】CN201410789593
【发明人】胡军, 吴宏鑫, 杨鸣, 张钊, 董文强, 杨俊春
【申请人】北京控制工程研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月18日