基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制方法及系统、控制器和控制方法与流程

本发明涉及一种飞行器姿态输出反馈控制方法及系统、控制器和控制方法，尤其是一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制方法及系统、控制器和控制方法。

二、

背景技术：

近年来，模块化航天器受到重视，模块化航天器采用模块化开放式网络架构，利用即插即用系统的基本思想，将航天器的各个组件模块化而进行组装，可以降低航天器成本，加快组装速度，利于有缺陷或过时的部件轻松拆卸和更换。模块化航天器的核心技术是无线数据通信和无线电力传输，它与笨重、庞大、不灵活的传统电缆互连不同，在此技术下，航天器的所有功能部件都相互独立，并通过低成本无线网络连接。但是，负责执行器模块和控制模块之间的数据传输的无线网络的带宽和计算能力是有限的，

如何设计航天器的控制方案，以减少通信量而不影响稳定性和控制性能是非常重要的。

基于申请人于2019年1月5日的技术交底书和通过检索得到相近的背景技术中现有的技术问题、技术特征和技术效果，做出本发明的申请技术方案。

三、

技术实现要素：

本发明的客体是一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型获取方法，

本发明的客体是一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型获取系统，

本发明的客体是一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制器，

本发明的客体是一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制方法。

为了克服上述技术缺点，本发明的目的是提供一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制方法及系统、控制器和控制方法，因此可以有效降低通讯信道中信息量的大小，节约系统资源，适用于无线网络链接的模块化飞行器的姿态控制。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型获取方法，其步骤是：

步骤100：建立含有量化输入的飞行器动力学模型和姿态模型，

步骤200：引入辅助变量，把含有输入量化的基于飞行器的模型转化为含有状态量化的扩张状态飞行器模型，

步骤300：利用输出量化信息，设计状态观测器，基于状态估计值，设计飞行器系统的姿态输出反馈控制方案。

由于设计了上述步骤，可以有效降低通讯信道中信息量的大小，节约系统资源，适用于无线网络链接的模块化飞行器的姿态控制。

本发明设计了，建立在cpu中的运行状态方程组，包含有一下内容：

一、建立含有量化输入的飞行器动力学模型和姿态模型

其中σ＝[σ1,σ2,σ3]^t，ω分别表示系飞行器的姿态和角速度，j为惯量矩阵，q(u(t))＝[q(u1(t)),q(u2(t)),q(u3(t)]^t为量化输入，i3为单位矩阵，s(σ)＝[0σ3-σ2；-σ30σ1；σ2-σ10]。量化器算子定义为

其中αi，∈i分别表示量化器死区大小以及量化密度；q^-(t)表示表示上一个时刻的状态。

本发明设计了，定义t(σ)＝g(σ)^-1,系统(1.1)转化为如下的形式

其中m(σ)＝t^t(σ)jt(σ),

定义系统(1.2)转化为

本发明设计了，针对系统(1.3)，设计如下的基于观测器的输出反馈控制器

其中li＞0,ki＞0分别为观测器和控制器增益。

本发明设计了，一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型获取系统，包含有以下内容：

建立含有量化输入的飞行器动力学模型和姿态模型建立单元10，用于获取飞行器系统的动力学和姿态模型，

引入辅助变量、把含有输入量化的基于飞行器的模型转化为含有状态量化的扩张状态飞行器模型建立单元20，用于获取扩张状态飞行器系统状态，

利用输出量化信息、设计状态观测器、基于状态估计值、设计飞行器系统的姿态输出反馈控制方案建立单元30，用于作用到飞行器系统模型。

本发明设计了，一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制器，包含有以下内容：在控制器中储存有基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型，

基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型根据上述基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型获取方法获得。

本发明设计了，一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制方法，包含有以下内容：

在cpu中应用基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制器进行控制。

本发明的技术效果在于：针对一类含有量化输入的飞行器系统，设计了基于量化输出的状态观测器，进一步给出了基于观测器的输出反馈控制策略；本发明设计的基于观测器的输出反馈控制方法可以降低信道资源的传输。

四、附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型获取方法的流程图，

图2为本发明的一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制器的结构示意图。

五、具体实施方式

根据审查指南，对本发明所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语应当理解为不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

下面结合实施例，对本发明进一步描述，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型获取方法，本发明的第一个实施例，其步骤是：

步骤100：建立含有量化输入的飞行器动力学模型和姿态模型，

步骤200：引入辅助变量，把含有输入量化的基于飞行器的模型转化为含有状态量化的扩张状态飞行器模型，

步骤300：利用输出量化信息，设计状态观测器，基于状态估计值，设计飞行器系统的姿态输出反馈控制方案，

在本实施例中，步骤100具体包含有一下内容：

建立含有量化输入的飞行器动力学模型和姿态模型

其中σ＝[σ1,σ2,σ3]^t，ω分别表示系飞行器的姿态和角速度，j为惯量矩阵，q(u(t))＝[q(u1(t)),q(u2(t)),q(u3(t)]^t为量化输入，i3为单位矩阵，s(σ)＝[0σ3-σ2；-σ30σ1；σ2-σ10]。量化器算子定义为

其中αi，∈i分别表示量化器死区大小以及量化密度；q^-(t)表示表示上一个时刻的状态，

在本实施例中，步骤200具体包含有一下内容：

定义t(σ)＝g(σ)^-1,系统(1.1)转化为如下的形式

其中m(σ)＝t^t(σ)jt(σ),

定义系统(1.2)转化为

在本实施例中，步骤300具体包含有一下内容：

针对系统(1.3)，设计如下的基于观测器的输出反馈控制器

其中li＞0,ki＞0分别为观测器和控制器增益。

一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型获取系统，包含有以下内容：

建立含有量化输入的飞行器动力学模型和姿态模型建立单元10，用于获取飞行器系统的动力学和姿态模型，

引入辅助变量、把含有输入量化的基于飞行器的模型转化为含有状态量化的扩张状态飞行器模型建立单元20，用于获取扩张状态飞行器系统状态，

利用输出量化信息、设计状态观测器、基于状态估计值、设计飞行器系统的姿态输出反馈控制方案建立单元30，用于作用到飞行器系统模型。

一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制器，包含有以下内容：在控制器中储存有基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型，

在本实施例中，基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型根据上述基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制模型获取方法获得，

步骤100：建立含有量化输入的飞行器动力学模型和姿态模型，

步骤200：引入辅助变量，把含有输入量化的基于飞行器的模型转化为含有状态量化的扩张状态飞行器模型，

步骤300：利用输出量化信息，设计状态观测器，基于状态估计值，设计飞行器系统的姿态输出反馈控制方案，

一种基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制方法，包含有以下内容：

在cpu中应用基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制器进行控制。

上述实施例只是本发明所提供的基于输入输出量化的飞行器姿态输出反馈控制方法及系统、控制器和控制方法的一种实现形式，根据本发明所提供的方案的其他变形，增加或者减少其中的成份或步骤，或者将本发明用于其他的与本发明接近的技术领域，均属于本发明的保护范围。