一種基于切換式自適應(yīng)控制羅經(jīng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)動基座對準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于切換式自適應(yīng)控制羅經(jīng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)動基座對準(zhǔn)方法，該方法通過引入偽參考量、偽誤差量以及代價函數(shù)，可以同時計算控制器集合中的所有備選控制器的代價值，將最佳控制器切換至回路中，而無須將所有控制器都切換入控制回路中即可評估其性能，這就避免了頻繁切換的風(fēng)險以及時間損耗。該方法構(gòu)建簡單，易于工程實現(xiàn)。
【專利說明】一種基于切換式自適應(yīng)控制羅經(jīng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)動基座對準(zhǔn)方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)，具體涉及一種基于切換式自適應(yīng)控制羅經(jīng) 的捷聯(lián)慣導(dǎo)動基座對準(zhǔn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在軍、民領(lǐng)域中的各類飛行器上，慣導(dǎo)系統(tǒng)作為一種現(xiàn)代化導(dǎo)航設(shè)備已被廣泛應(yīng) 用。慣導(dǎo)系統(tǒng)主要分為平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)兩大類。捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)（SINS) 是在平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它是一種無框架系統(tǒng)，由三個速率陀螺、三個線加 速度計和微型計算機(jī)組成。
[0003] 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)和平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)一樣，能精確提供載體的姿態(tài)、地速、經(jīng)緯度等導(dǎo) 航參數(shù)。在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，由于計算機(jī)中存儲的方向余弦解析參考系取代了平臺系統(tǒng)以 物理形式實現(xiàn)的參考系，因此，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)有以下獨特優(yōu)點：去掉了復(fù)雜的平臺機(jī)械系 統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)極為簡單，減小了系統(tǒng)的體積和重量，同時降低了成本，簡化了維修，提高了可 靠性；除能提供平臺式系統(tǒng)所能提供的所有參數(shù)外，還可以提供沿彈體三個軸的速度和加 速度信息。
[0004] 一般性的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)主要包括三個部分，如圖1所示：1)慣性測量單元（MU)， 即3個陀螺和3個加速度計；2)外部傳感器，為衛(wèi)星、里程計等，提供速度參考量；3)導(dǎo)航 計算機(jī)，即具有較強(qiáng)計算能力的計算基板；導(dǎo)航計算機(jī)通過采集陀螺和加速度計的原始數(shù) 據(jù)（角速度、加速度），利用捷聯(lián)導(dǎo)航算法計算出當(dāng)前的姿態(tài)、速度、位置，作為被控對象的 輸出y ;導(dǎo)航計算機(jī)同時采集外部傳感器的信息作為參考信號r。
[0005] 如圖1所示，切換式自適應(yīng)控制方法需要針對一個被控對象建立一個控制器集合 (Cl?Cn)，在任意時刻t，有且只有1個控制器在控制回路中，采集被控對象的輸出y，參考 量r，控制量u，并依據(jù)一定的切換法則選擇合適的控制器并將其切換到控制回路中。其中， rfk，k = 1，2. . . n表示利用控制量u和控制器模型Ckk G {1，2. . . n}計算得到的偽參考量。 其物理含義是：對于控制器Ck，如果參考量為rfk時，可以產(chǎn)生大小為u的控制信號。
[0006] 該方法的主要缺點有兩個：首先，如果控制器集合中的元素數(shù)量龐大，則將全部控 制器遍歷一次，耗時將會很長；其次，如果控制器集合中包含不穩(wěn)定的控制器，則有是控制 回路跑飛的風(fēng)險。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于切換式自適應(yīng)控制羅經(jīng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)動 基座對準(zhǔn)方法。本方法在一種新型切換式自適應(yīng)控制方法的基礎(chǔ)上，將其與羅經(jīng)對準(zhǔn)方法 結(jié)合，設(shè)計了一種基于切換式自適應(yīng)控制羅經(jīng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)動基座對準(zhǔn)方法。
[0008] 本發(fā)明請求保護(hù)一種基于切換式自適應(yīng)控制羅經(jīng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)動基座對準(zhǔn)方法，其 特征在于，該方法包括如下步驟：
[0009] 步驟S101，計算控制器參數(shù)；
[0010] 控制器參數(shù)可通過理論最優(yōu)值通過擴(kuò)展得到，其計算方法如公式（1):

【權(quán)利要求】
1. 一種基于切換式自適應(yīng)控制羅經(jīng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)動基座對準(zhǔn)方法，其特征在于，該方法 包括如下步驟： 步驟S101，計算控制器參數(shù)； 控制器參數(shù)可通過理論最優(yōu)值通過擴(kuò)展得到，其計算方法如公式（1):
其中O為衰減系數(shù)，為振蕩周期，g為重力加速度。 步驟S102,建立控制器集合； 首先按照公式（1)，令〇 = 〇. 055,= 50,計算得到一組基礎(chǔ)參數(shù)：K11?K41，再 以 K11 ?K41 為 4 維球體的中心擴(kuò)展開來：K12 = Kn+0.01*Kn，K22 = K21+0.01*K21，K32 = K31+0. 01*K31，K42 = K42+0. 01*K42 Kjk = Klk+0. 01*k*Klk，j = I ?4, k = I ?N， (2) 其中N代表控制器集合的元素個數(shù)。 步驟103,計算偽參考量； 偽參考量的計算公式如下：
其中，R為地球曲率半徑，y為輸出量，L為當(dāng)?shù)鼐暥?，Klk?K4k表示第k個待選控制器 回路中的一組參數(shù)，輸入量（控制角速率。7、《通過采樣得到，s為拉氏變換符號。 步驟S104,計算各個備選控制器的代價函數(shù)值； 在引入了偽參考量后，對于每個不在控制回路中的備選控制器，均能得到與之相關(guān)的 三種參考信息，即（rfk，u，y)，分別為偽參考量、控制量、輸出量，通過這三種參考信息，計算 代價函數(shù)如下：
其中W1為加權(quán)函數(shù)，efk為偽誤差量，rfk為偽參考量，ii為一正數(shù)小量,其作用是防止 11+如1^_ = ?時代價函數(shù)無意義； 步驟S105,選擇代價函數(shù)值最小的控制器切換入控制回路中。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，加權(quán)函數(shù)W1是為了更精細(xì)地篩選所期望的 控制器特性而加入的，其計算方式如下：
其中M為峰值頻率，與超調(diào)相關(guān)，為穿越頻率，與相應(yīng)速度相關(guān)，A為通過頻率的幅 值，表示穩(wěn)態(tài)速度誤差。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，偽誤差量efk的計算方法為：efk = y+rfk。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，代價函數(shù)的物理意義為：當(dāng)有相同的參考量 時，誤差越小，則代價函數(shù)值越小。
【文檔編號】G01C25/00GK104344835SQ201410589895
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】韓勇強(qiáng), 田曉春, 李楠, 謝玲, 陳家斌 申請人:北京理工大學(xué)