一种潜航器最优容错自适应控制分配方法与流程

技术特征：
1.一种潜航器最优容错自适应控制分配方法，其特征在于，包括以下步骤：将控制器输出的综合力和力矩信息构成输入变量，各个执行机构指令值构成输出变量，以航行阻力最小为目标，根据输入变量和输出变量构建约束条件，将输入变量分配到各个输出变量，进而控制各执行机构动作。2.根据权利要求1所述的一种潜航器最优容错自适应控制分配方法，其特征在于，所述以航行阻力最小为目标，根据输入变量和输出变量构建约束条件，将输入变量分配到各个输出变量，包括以下步骤：1)基于执行机构指令上下限约束、执行机构指令变化量上下限约束、第一目标函数、松弛后的综合力和力矩约束、松弛变量取值范围约束构建基于约束松弛的可行解判定阶段的最优化问题；2)将最小化第一目标函数所求出的各变量的最优解带入松弛后的综合力和力矩约束；3)根据第二目标函数、执行机构指令上下限约束公式、执行机构指令变化量上下限约束、松弛后的综合力和力矩约束构建以阻力最小为目标的最优分配求解阶段的最优化问题，以极小化第二目标函数求解出各执行机构的最优值，发送至各执行机构。3.根据权利要求1所述的一种潜航器最优容错自适应控制分配方法，其特征在于，所述输入变量包括综合推力f
sum
、综合俯仰力矩m
sum
、综合横滚力矩k
sum
、综合偏航力矩n
sum
。4.根据权利要求1所述的一种潜航器最优容错自适应控制分配方法，其特征在于，所述输出变量包括左推进器转速x
nl
、右推进器转速x
nr
、艏部左舵偏角x
δbl
、艏部右舵偏角x
δbr
、艉部左舵偏角x
δsl
、艉部右舵偏角x
δsr
、艉部垂直舵偏角x
δr
。5.根据权利要求2所述的一种潜航器最优容错自适应控制分配方法，其特征在于，所述执行机构指令上下限约束：其中，上标为l的量表示相应执行机构指令下限；上标为u的表示相应执行机构指令上限；所述执行机构指令变化量上下限约束：
其中，前缀δ表示相应执行机构变化量，上标为l的量表示相应执行机构指令变化量下限；上标为u的量表示相应执行机构指令变化量上限；上标为t的量表示相应执行机构指令当前值，即t时刻值。6.根据权利要求2所述的一种潜航器最优容错自适应控制分配方法，其特征在于，所述第一目标函数：其中，j表示函数值，c
fl
、c
fu
、c
ml
、c
mu
、c
nl
、c
nu
、c
kl
、c
ku
分别为各松弛量前的系数；各松弛量包括：综合推力下限松弛量ε
fl
、综合推力上限松弛量ε
fu
、综合俯仰力矩下限松弛量ε
ml
综合俯仰力矩上限松弛量ε
mu
、综合偏航力矩下限松弛量ε
nl
、综合偏航力矩上限松弛量ε
nu
、综合横滚力矩下限松弛量ε
kl
、综合横滚力矩上限松弛量ε
ku
。7.根据权利要求2所述的一种潜航器最优容错自适应控制分配方法，其特征在于，所述松弛后的综合力和力矩约束如下：其中，η为推进器系数；l
nl
、l
nr
分别为左、右推进器偏航力臂；左推进器转速x
nl
、右推进器转速x
nr
、艏部左舵偏角x
δbl
、艏部右舵偏角x
δbr
、艉部左舵偏角x
δsl
、艉部右舵偏角x
δsr
、艉部垂直舵偏角x
δr
；各松弛量包括：综合推力下限松弛量ε
fl
、综合推力上限松弛量ε
fu
、综合俯仰力矩下限松弛量ε
ml
综合俯仰力矩上限松弛量ε
mu
、综合偏航力矩下限松弛量ε
nl
、综合偏航力矩上限松弛量ε
nu
、综合横滚力矩下限松弛量ε
kl
、综合横滚力矩上限松弛量ε
ku
。8.根据权利要求2所述的一种潜航器最优容错自适应控制分配方法，其特征在于，所述第二目标函数如下：j＝(d
δbl
·
x
δbl
)2 (d
δbr
·
x
δbr
)2 (d
δsl
·
x
δsl
)2 (d
δsr
·
x
δsl
)2 (d
δr
·
x
δr
)2ꢀꢀ
(1)其中，j表示函数值，d
δbl
、d
δbr
、d
δsl
、d
δsr
、d
δr
分别为艏部左舵、艏部右舵、艉部左舵、艉部右舵、艉部垂直舵阻力系数；艏部左舵偏角x
δbl
、艏部右舵偏角x
δbr
、艉部左舵偏角x
δsl
、艉部右舵偏角x
δsr
、艉部垂直舵偏角x
δr
。
9.根据权利要求1所述的一种潜航器最优容错自适应控制分配方法，其特征在于，所述约束松弛的可行解判定阶段和以阻力最小为目标的最优分配求解阶段采用一阶通用二次规划求解器、内点法、积极集法、智能搜索算法中的任意一种方法进行求解。

技术总结
本发明涉及一种潜航器最优容错自适应控制分配方法，该方法将控制器输出的综合力和力矩以阻力最优的方式分配到各个执行机构，该方法包括两个约束优化求解阶段：基于约束松弛的可行解判定阶段和以阻力最小为目标的最优分配求解阶段。第一阶段，基于约束松弛的可行解判断阶段，将综合力和力矩约束条件进行松弛，将执行机构指令值和松弛变量共同作为决策变量，以松弛变量平方和最小为目标进行求解，获取松弛后的约束条件，从而保证第二阶段存在可行解；第二阶段，以阻力最小为目标的最优分配阶段，将松弛后的约束条件作为约束条件，求解各执行机构的最优指令值，从而实现潜航器减阻节能航行，且对一定程度的执行机构故障或性能退化情况具有自适应能力。退化情况具有自适应能力。退化情况具有自适应能力。


技术研发人员：张鑫 胡志强 于海斌 李硕 刘健 李永民 张吉龙
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/21