基于状态观测复合反馈控制的通道切换系统及控制方法与流程

本发明涉及机载伺服运动控制领域，尤其是一种通道平滑切换方法。

背景技术：

机载伺服运动系统长时间工作在振动环境下，一旦失效将造成飞行故障，因此可靠性要求较高。同时伺服运动系统自身具有实时控制的需求，受到扰动后容易失控。为了在实时控制的基础上提高伺服运动系统的可靠性，常采用具有热备份功能的双控制通道架构：正常状态时,两个通道同时运行,相互监测使能状态，只有其中一个通道控制伺服机构运动；通道切换时,新通道实时接替原通道继续对伺服机构进行控制，并且不能改变伺服机构的运动状态，以保证伺服运动系统的功能和性能。

为了满足上述要求，控制通道切换时要求平滑。平滑切换的关键在于维持切换前后伺服机构的运动位置和运动速率不发生变化。由于运动速率不可直接测量，因此将伺服机构的运动位置和运动速率作为状态量设计观测器。正常工作时，每个通道采用独立状态反馈控制系统；通道切换时，采用另一通道的状态反馈量构建复合状态反馈控制系统。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于状态观测复合反馈控制的通道切换系统及控制方法。为了保证通道平滑切换，本发明提出了一种基于状态观测的复合反馈控制方法：将伺服机构的运动位置和运动速率作为状态量设计观测器，分别构建了两个通道各自带观测器的独立状态反馈控制系统，然后通过对切换开关1和切换开关2的控制来构建带观测器的复合状态反馈控制系统，有效维持通道切换前后伺服机构的运动位置和运动速率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于状态观测复合反馈控制的通道切换系统，包括控制通道1和控制通道2，控制通道1和控制通道2各自包含一个切换开关1和一个切换开关2，状态反馈增益矩阵k1和k2的输出控制量分别反馈到控制通道1和控制通道2的输入端，输入端分别连接各自通道的输入矩阵b1和b2，输入矩阵b1和b2再次分为两路，第一路与各自通道的系统矩阵a1和a2共同进入积分器，积分器的输出再次进入系统矩阵，形成反馈环节，积分器的输出连接各自通道的输出矩阵c1和c2；第二路与各自通道的系统矩阵a1和a2及各自通道的输出反馈矩阵kc1和kc2共同进入积分器，积分器的输出端为各自通道的运动位置观测变量和积分器的输出端分别反馈系统矩阵a1和a2，形成反馈环节，积分器的输出端分别通过各自通道的状态反馈增益矩阵k1和k2连接至切换开关1和一个切换开关2，积分器的输出端分别连接各自通道的输出矩阵c1和c2，第一路和第二路的输出矩阵c1和c2再共同反馈至输出反馈矩阵kc1和kc2，第一路积分器的输入端为各自通道的运动速率状态变量和第一路积分器的输出端为各自通道的运动运动位置状态变量x1和x2，第二路积分器的输入端为各自通道的运动速率观测变量和

控制通道1和控制通道2均采用带状态观测器的反馈控制架构，控制通道1和控制通道2均独立工作，一个通道作为控制通道输出驱动，另一个通道作为热备份通道禁止输出驱动，通道切换时，热备份通道采用控制通道观测到的状态反馈量，构成复合反馈控制系统，输出驱动；由于采用切换时状态观测器的反馈量，因此有效维持通道切换前后伺服机构的运动位置和运动速率，实现通道平滑切换。

所述基于状态观测复合反馈控制的通道切换系统的控制方法如下：

第一步，t0时刻，控制通道1工作，控制通道2作为热备份。切换开关1的a相和c相导通，切换开关2的b相和c相导通。状态反馈增益矩阵k1的输出控制量反馈到控制通道1的输入端，构成带观测器的独立状态反馈控制系统1，驱动排气活门机构以一定速度向指令位置运动；状态反馈增益矩阵k2的输出控制量反馈到控制通道2的输入端，构成带观测器的状态反馈控制系统2，但禁止输出驱动；

第二步，t1(t1＞t0)时刻，控制通道1接收到停止控制命令，控制控制通道2接收到开始控制命令。切换开关1的b相和c相导通，切换开关2的a相和b相导通。状态反馈增益矩阵k1的输出控制量反馈到控制通道2的输入端，构成带观测器的复合状态反馈控制系统，驱动排气活门机构保持原有速度向指令位置运动；

第三步，t2(t2＞t1)时刻，控制通道2接收到新的指令位置。切换开关1的a相和c相导通，切换开关2的b相和c相导通。状态反馈增益矩阵k2的输出控制量反馈到控制通道2的输入端，构成带观测器的独立状态反馈控制系统，驱动排气活门机构以一定速度向指令位置运动；状态反馈增益矩阵k1的输出控制量反馈到控制通道1的输入端，构成带观测器的独立状态反馈控制系统，但禁止输出驱动；

第四步，t3(t3＞t2)时刻，控制通道1接收到开始控制命令，控制控制通道2接收到停止控制命令。切换开关1的a相和b相导通，切换开关2的a相和c相导通。状态反馈增益矩阵k2的输出控制量反馈到控制通道1的输入端，构成带观测器的复合状态反馈控制系统，驱动排气活门机构保持原有速度向指令位置运动；

第五步，t4(t4＞t3)时刻，控制通道1接收到新的指令位置。切换开关1的a相和c相导通，切换开关2的b相和c相导通。状态反馈增益矩阵k1的输出控制量反馈到控制通道1的输入端，构成带观测器的独立状态反馈控制系统，驱动排气活门机构以一定速度向指令位置运动；状态反馈增益矩阵k2的输出控制量反馈到控制通道2的输入端，构成带观测器的独立状态反馈控制系统，但禁止输出驱动。此时控制系统状态与t0时刻的控制系统状态相同。

本发明的有益效果在于由于采用切换时状态观测器的反馈量，因此有效维持通道切换前后伺服机构的运动位置和运动速率，实现了通道平滑切换，可以确保实时伺服控制系统通道间平滑切换，提高控制系统鲁棒性，避免通道切换时发生失速损坏伺服机构，优化控制系统性能。

附图说明

图1是基于状态观测复合反馈控制的通道平滑切换方法构型图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种基于状态观测复合反馈控制的通道切换系统，构建带观测器的复合反馈控制系统如图1所示，包括控制通道1和控制通道2，控制通道1和控制通道2各自包含一个切换开关1和一个切换开关2，状态反馈增益矩阵k1和k2的输出控制量分别反馈到控制通道1和控制通道2的输入端，输入端分别连接各自通道的输入矩阵b1和b2，输入矩阵b1和b2再次分为两路，第一路与各自通道的系统矩阵a1和a2共同进入积分器，积分器的输出再次进入系统矩阵，形成反馈环节，积分器的输出连接各自通道的输出矩阵c1和c2；第二路与各自通道的系统矩阵a1和a2及各自通道的输出反馈矩阵kc1和kc2共同进入积分器，积分器的输出端为各自通道的运动位置观测变量和积分器的输出端分别反馈系统矩阵a1和a2，形成反馈环节，积分器的输出端分别通过各自通道的状态反馈增益矩阵k1和k2连接至切换开关1和一个切换开关2，积分器的输出端分别连接各自通道的输出矩阵c1和c2，第一路和第二路的输出矩阵c1和c2再共同反馈至输出反馈矩阵kc1和kc2，第一路积分器的输入端为各自通道的运动速率状态变量和第一路积分器的输出端为各自通道的运动运动位置状态变量x1和x2，第二路积分器的输入端为各自通道的运动速率观测变量和

控制通道1和控制通道2均采用带状态观测器的反馈控制架构，控制通道1和控制通道2均独立工作，一个通道作为控制通道输出驱动，另一个通道作为热备份通道禁止输出驱动，通道切换时，热备份通道采用控制通道观测到的状态反馈量，构成复合反馈控制系统，输出驱动。由于采用切换时状态观测器的反馈量，因此有效维持通道切换前后伺服机构的运动位置和运动速率，实现了通道平滑切换。

本发明通过以下步骤保证通道平滑切换：

第一步，t0时刻，控制通道1工作，控制通道2作为热备份。切换开关1的a相和c相导通，切换开关2的b相和c相导通。状态反馈增益矩阵k1的输出控制量反馈到控制通道1的输入端，构成带观测器的独立状态反馈控制系统1，驱动排气活门机构以一定速度向指令位置运动；状态反馈增益矩阵k2的输出控制量反馈到控制通道2的输入端，构成带观测器的状态反馈控制系统2，但禁止输出驱动。

第二步，t1(t1＞t0)时刻，控制通道1接收到停止控制命令，控制控制通道2接收到开始控制命令。切换开关1的b相和c相导通，切换开关2的a相和b相导通。状态反馈增益矩阵k1的输出控制量反馈到控制通道2的输入端，构成带观测器的复合状态反馈控制系统，驱动排气活门机构保持原有速度向指令位置运动。

第三步，t2(t2＞t1)时刻，控制通道2接收到新的指令位置。切换开关1的a相和c相导通，切换开关2的b相和c相导通。状态反馈增益矩阵k2的输出控制量反馈到控制通道2的输入端，构成带观测器的独立状态反馈控制系统，驱动排气活门机构以一定速度向指令位置运动；状态反馈增益矩阵k1的输出控制量反馈到控制通道1的输入端，构成带观测器的独立状态反馈控制系统，但禁止输出驱动。

第四步，t3(t3＞t2)时刻，控制通道1接收到开始控制命令，控制控制通道2接收到停止控制命令。切换开关1的a相和b相导通，切换开关2的a相和c相导通。状态反馈增益矩阵k2的输出控制量反馈到控制通道1的输入端，构成带观测器的复合状态反馈控制系统，驱动排气活门机构保持原有速度向指令位置运动。

第五步，t4(t4＞t3)时刻，控制通道1接收到新的指令位置。切换开关1的a相和c相导通，切换开关2的b相和c相导通。状态反馈增益矩阵k1的输出控制量反馈到控制通道1的输入端，构成带观测器的独立状态反馈控制系统，驱动排气活门机构以一定速度向指令位置运动；状态反馈增益矩阵k2的输出控制量反馈到控制通道2的输入端，构成带观测器的独立状态反馈控制系统，但禁止输出驱动。此时控制系统状态与t0时刻的控制系统状态相同。