一種無人直升機(jī)自適應(yīng)抗振控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種無人直升機(jī)自適應(yīng)抗振控制方法，它主要有兩個步驟，首先采用RLS算法處理系統(tǒng)的在線辨識問題，辨識出含外擾的系統(tǒng)模型然后采用LMS算法進(jìn)行控制律的更新。實時控制中，辨識和控制的計算都由高速數(shù)字信號處理器完成。通過對無人直升機(jī)機(jī)體振動主動控制進(jìn)行仿真研究，證實了該方法的有效性。
【專利說明】一種無人直升機(jī)自適應(yīng)抗振控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無人直升機(jī)控制方法，尤其涉及一種具有在線辨識和自適應(yīng)控制能力的無人直升機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)周期外擾響應(yīng)振動主動控制方法，該發(fā)明屬于航空航天無人機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]具有在線辨識功能的結(jié)構(gòu)振動主動控制是當(dāng)今振動控制研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。在基于自適應(yīng)濾波技術(shù)的前饋控制中，控制通道(次級通道，誤差通道，Secondary Path)的辨識成為最重要的環(huán)節(jié)之一，因而吸引了很多的研究工作者進(jìn)行研究。張明等對基于濾波-xLMS算法前饋控制作了較全面的比較和總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上提出了一種新的辨識和控制方法。前人工作還包括埃里克松(Eriksson)最初提出的具有在線辨識功能的前饋控制描述以及在此基礎(chǔ)上Bao和Kuo等的改進(jìn)算法。這些工作總的看來，都是為了消除主通道(Pr-1mary Path)產(chǎn)生的外擾對控制通道辨識結(jié)果的影響，以及消除外擾對控制器權(quán)調(diào)整的影響。楊鐵軍等在張明的方法上提出了一種改進(jìn)方案，通過增加一個模型跟蹤濾波器，實現(xiàn)了外擾響應(yīng)信號對模型辨識影響的消除。Wang A K, RenW提出一種通過求解Diophantine方程辨識系統(tǒng)和外擾模型的方法，適用于周期噪聲消除。Yamamoto K等把自適應(yīng)前饋控制應(yīng)用于高層結(jié)構(gòu)振動控制，并從狀態(tài)空間描述了控制系統(tǒng)實現(xiàn)。劉賀平在文章直接辨識擾動模型的內(nèi)模極點(diǎn)配置自適應(yīng)控制中提出了在假定外擾具有穩(wěn)定的周期和幅值的情況下，采用極點(diǎn)配置的方法進(jìn)行外擾抑制。目前的算法大多是假定系統(tǒng)受到微小隨機(jī)外擾(寬帶擾動)的作用。但在實際工程中，眾多的旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生的周期擾動不是微小的，在處理其振動抑制問題時，微小隨機(jī)外擾假設(shè)顯然是不合適的。而且在機(jī)械工作過程中，產(chǎn)生的振動并不具有穩(wěn)定的周期和幅值，可能會有小的波動。為了解決這類具有有限周期外擾且外擾周期和幅值都可能會有波動的振動抑制問題，本發(fā)明采用ARX模型作為控制通道的描述形式，直接辨識含外擾的控制通道模型，該辨識模型可以自適應(yīng)地跟蹤控制通道和外擾的變化，并根據(jù)辨識模型直接進(jìn)行控制器的設(shè)計。這樣可以避免求解Diophantine方程，也不需要微小隨機(jī)外擾和固定周期的假設(shè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種比較有效的無人直升機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)周期外擾響應(yīng)振動主動控制方法。
本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是如何快速準(zhǔn)確辨識出系統(tǒng)；如何才能保證系統(tǒng)輸出能在較短時間內(nèi)收斂到很小的值。
[0004]本發(fā)明的無人機(jī)適應(yīng)抗振控制方法，包括如下步驟:
1.針對控制通道，要采用擴(kuò)展自回歸模型(ARX)描述的系統(tǒng)。
[0005]根據(jù)系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)獲得控制通道的傳遞函數(shù)矩陣模型；將獲得的傳遞函數(shù)矩陣模型轉(zhuǎn)換成ARX模型。[0006]2.在第一步的前提下采用遞推最小二乘算法(RLS)對所描述的系統(tǒng)進(jìn)行線辨識。
[0007]根據(jù)獲得的控制通道的ARX模型，用RLS算法進(jìn)行系統(tǒng)的在線辨識；將辨識出來的有外擾的控制通道模型用ARX模型來描述。
[0008]3.在前兩步的前提下采用最小均方算法(LMS)算法對辨識過的系統(tǒng)進(jìn)行控制律的更新。
[0009]輸入輸出數(shù)據(jù)得到控制通道ARX模型和有外擾動的辨識出來的控制通道的ARX模型用收斂較快的LMS算法當(dāng)做控制算法求出控制器矩陣；將求出的控制器用IIR模型描述出來。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)效果是:通過對無人直升機(jī)機(jī)體振動主動控制進(jìn)行仿真研究，證實了該方法的有效性。該發(fā)明采用ARX模型作為控制通道的描述形式，能夠直接辨識含外擾的控制通道模型。具有在線辨識功能的多步預(yù)測控制，而且采用了疊加噪聲的RLS系統(tǒng)辨識方法，辨識模型可以自適應(yīng)地跟蹤控制通道和外擾的變化，并用能夠快速收斂的LMS算法進(jìn)行控制器的設(shè)計。該方法適應(yīng)性比較強(qiáng)，工作范圍大，效果好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是基于RLS算法的控制通道系統(tǒng)辨識原理圖。
[0012]圖2是基于RLS算法在線辨識的結(jié)構(gòu)振動自適應(yīng)前饋控制原理圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步具體描述:
第一步、存在外擾動的控制系統(tǒng)參數(shù)辨識
一般來說，MIMO系統(tǒng)有四種描述形式，即輸入輸出差分方程模型、傳遞函數(shù)矩陣模型、脈沖響應(yīng)矩陣模型、狀態(tài)空間模型。他們是等價的也是可以相互轉(zhuǎn)換的。對于系統(tǒng)辨識來說容易得到模型的是前三種，他們可以直接利用可測得輸入輸出數(shù)據(jù)辨識獲得。
[0014]本發(fā)明采取的就是用測得的輸入輸出數(shù)據(jù)通過辨識得到傳遞函數(shù)模型，然后由脈沖傳遞函數(shù)模型轉(zhuǎn)換成ARX模型來描述控制通道。
[0015]假設(shè)被控通道系統(tǒng)為！個輸入和m個輸出，其傳遞函數(shù)矩陣為:
【權(quán)利要求】
1.一種無人直升機(jī)自適應(yīng)抗振控制方法，其特征在于:(1)根據(jù)系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)獲得控制通道的傳遞函數(shù)矩陣模型；將獲得的傳遞函數(shù)矩陣模型轉(zhuǎn)換成ARX模型；(2)根據(jù)獲得的控制通道的ARX模型，用RLS算法進(jìn)行系統(tǒng)的在線辨識；將辨識出來的有外擾的控制通道模型用ARX模型來描述；(3)輸入輸出數(shù)據(jù)得到控制通道ARX模型和有外擾動的辨識出來的控制通道的ARX模型用收斂較快的LMS算法當(dāng)做控制算法求出控制器矩陣；將求出的控制器用IIR模型描述出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人直升機(jī)自適應(yīng)抗振控制方法，其特征在于采用收斂速度快的是帶遺忘因子RLS遞推算法的系統(tǒng)辨識，測量記錄輸入 以及外擾響應(yīng)污染的系統(tǒng)的輸出j，采用帶遺忘因子最小二乘參數(shù)估計遞推算法辨識出有外擾情況下的控制通道模型卩；初始時刻對參數(shù)向量和系統(tǒng)模型設(shè)置系統(tǒng)模型的參數(shù)向量和為控制通道傳遞矩陣初值;輸入初始數(shù)據(jù),采樣并記錄所對應(yīng)的輸出值JV:)，并根據(jù)帶遺忘因子最小二乘法遞推公式:

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無人直升機(jī)自適應(yīng)抗振控制方法，其特征在于利用LMS算法以及系統(tǒng)辨識結(jié)果設(shè)計出前饋控制器；利用采樣得到的外擾響應(yīng)污染的系統(tǒng)的輸出Mt ),聯(lián)合輸入在系統(tǒng)辨識得到的有外擾情況下控制系統(tǒng)模型P的輸出Xjfr >，根據(jù)LMS遞推算法更新控制器的權(quán)向量，完成自適應(yīng)前饋控制器的設(shè)計。
【文檔編號】G05D19/02GK103955239SQ201410185800
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】賈杰, 徐衛(wèi)平, 涂世武 申請人:南昌華夢達(dá)航空科技發(fā)展有限公司