一种可调速超调小的离散时间最优控制方法与流程

本发明涉及惯性导航领域，尤其涉及一种可调速超调小的离散时间最优控制方法。

背景技术：

1、舰载惯导系统是指利用惯性器件（陀螺仪、加速度计）、角度传感器、基准方向及初始位置来确定舰艇的艏向、位置和速度的自主式位置推算系统。由于陀螺的零飘特性，导致惯导系统的精度变低。为了应对这一问题，调制惯导被提出。通过对称运动使得一部分累计误差得到消除。因此，惯导调制运动的时间对称性和空间对称性变得重要，速度超调对系统的影响较大。

2、离散时间最优控制是惯导系统控制的重要方法，具有控制带宽高和稳定的特点。然而，目前常用的离散时间最优控制方法常常伴随这较大位置超调，并且速度无限制，这对惯到系统是不利的。为了应用离散时间最优控制方法，并避免过大的超调、兼具调速功能，设计了可调速超调小的离散时间最优控制方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种可调速超调小的离散时间最优控制方法，针对惯导设备调制运动过程中，对时间和空间要求对称的特点，设计一种可调速、超调小、响应速度快的控制方法，以提高惯导系统导航精度。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、本发明提供一种可调速超调小的离散时间最优控制方法，惯导设备调制运动过程中，构建了包含改进的离散时间最优控制器、扩张状态观测器、电流环和svpwm控制模块的控制方法；该方法包括：

4、步骤1、输入期望位置和期望速度，确定状态变量；

5、步骤2、根据改进的离散时间最优控制器的相流图确定相轨迹，根据相轨迹，在不同的相位点，得到对应的不同控制量，控制量即期望加速度；

6、步骤3、将期望加速度及反馈速度输入扩张状态观测器，计算得到电流控制量；

7、步骤4、将电流控制量输入电流环，分别计算得到电流环q轴和d轴期望电压；

8、步骤5、将q轴和d轴期望电压输入到svpwm控制模块，计算得到三相控制占空比，输入到驱动板驱动轴系转动。

9、进一步地，本发明的所述步骤1的方法包括：

10、输入期望位置，当前实际位置与期望位置作差，得到位置状态 x；期望速度始终为0，当前实际速度即为速度状态 v；得到两个状态变量 x, v。

11、进一步地，本发明的所述步骤2的方法包括：

12、a、在改进的离散时间最优控制器的相流图中，两步可到达原点区域为两步控制可到达原点且控制量在允许范围内的区域，此区域的控制量根据实际相点取为：

13、

14、b、开关曲线调整区域为一步控制可到达开关曲线，且控制量在允许范围内的区域，此区域对应的控制量根据实际相点位置，取为：

15、

16、c、速度曲线调整区域为一步控制可到达最大速度限幅其控制量在允许范围内的区域，此区域对应的控制量根据实际相点位置，取为：

17、

18、d、其它区域为除步骤a-c中区域以外的区域，此区域的控制量根据实际相点位置，取为：

19、

20、其中， x表示位姿， v表示速度， h表示步长， vm表示最大限幅速度， um表示最大控制量，即加速度。

21、进一步地，本发明的所述步骤4的方法包括：

22、将电流控制量输入电流环q轴，采用矢量控制方法，d轴期望电流为0，电流环可采用pid控制，分别计算得到q轴和d轴期望电压。

23、本发明提供一种可调速超调小的离散时间最优控制系统，包括：

24、改进的离散时间最优控制器，用于根据相流图确定相轨迹，根据相轨迹，在不同的相位点，得到对应的不同控制量，控制量即期望加速度；

25、扩张状态观测器，用于将期望加速度及反馈速度输入扩张状态观测器，对偏离期望的部分进行补偿并跟踪加速度，计算得到电流控制量；

26、电流环，用于将电流控制量输入电流环，分别计算得到电流环q轴和d轴期望电压；

27、svpwm控制模块，用于输入q轴和d轴期望电压，计算得到三相控制占空比，输入到驱动板驱动轴系转动。

28、进一步地，本发明的所述改进的离散时间最优控制器的实现方法包括：

29、a、在改进的离散时间最优控制器的相流图中，两步可到达原点区域为两步控制可到达原点且控制量在允许范围内的区域，此区域的控制量根据实际相点取为：

30、

31、b、开关曲线调整区域为一步控制可到达开关曲线，且控制量在允许范围内的区域，此区域对应的控制量根据实际相点位置，取为：

32、

33、c、速度曲线调整区域为一步控制可到达最大速度限幅其控制量在允许范围内的区域，此区域对应的控制量根据实际相点位置，取为：

34、

35、d、其它区域为除步骤a-c中区域以外的区域，此区域的控制量根据实际相点位置，取为：

36、

37、其中， x表示位姿， v表示速度， h表示步长， vm表示最大限幅速度， um表示最大控制量，即加速度。

38、本发明产生的有益效果是：

39、1、减小了控制的超调，使其更适合于惯导调制，达到提高惯导精度的效果；

40、2、可以限幅速度，从而具备对速度跟踪控制的功能；

41、3、具有静态稳定性好、动态响应快的控制效果。

技术特征：

1.一种可调速超调小的离散时间最优控制方法，其特征在于，惯导设备调制运动过程中，构建了包含改进的离散时间最优控制器、扩张状态观测器、电流环和svpwm控制模块的控制方法；该方法包括：

2.根据权利要求1所述的可调速超调小的离散时间最优控制方法，其特征在于，所述步骤1的方法包括：

3.根据权利要求1所述的可调速超调小的离散时间最优控制方法，其特征在于，所述步骤2的方法包括：

4.根据权利要求1所述的可调速超调小的离散时间最优控制方法，其特征在于，所述步骤4的方法包括：

5.一种可调速超调小的离散时间最优控制系统，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的可调速超调小的离散时间最优控制系统，其特征在于，所述改进的离散时间最优控制器的实现方法包括：

技术总结
本发明公开了一种可调速超调小的离散时间最优控制方法，包括：步骤1、输入期望位置和期望速度，确定状态变量；步骤2、根据改进的离散时间最优控制器的相流图确定相轨迹，根据相轨迹，在不同的相位点，得到对应的不同控制量，控制量即期望加速度；步骤3、将期望加速度及反馈速度输入扩张状态观测器，计算得到电流控制量；步骤4、将电流控制量输入电流环，分别计算得到电流环Q轴和D轴期望电压；步骤5、将Q轴和D轴期望电压输入到SVPWM控制模块，计算得到三相控制占空比，输入到驱动板驱动轴系转动。本发明针对惯导设备调制运动过程中，对时间和空间要求对称的特点，设计一种可调速、超调小、响应速度快的控制方法，以提高惯导系统导航精度。

技术研发人员：付加顺,谢航,刘兵,袁玲珑,叶超
受保护的技术使用者：华中光电技术研究所（中国船舶集团有限公司第七一七研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17