基于零空间的改进直接分配法

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1、第44卷第l期2014年1月航空计算技术Aem咖ticdComputingTechliqueV01．44No．1J舳．2014基于零空间的改进直接分配法徐明兴1，祝小平2，周洲1，张波1(1．西北工业大学无人机特种技术重点实验室，陕西西安710Cr72；2．西北工业大学无人机所，陕西西安710072)摘要：直接分配法是解决操纵面冗余飞行器控制分配的一种有效方法，但直接分配法只能对指定方向上误差最小目标进行优化，这种缺点限制了直接分配法的应用。零空间可以在保持转矩不变的前提下对控制量进行调节，利用这种特性，在三维转矩直接分配的基础上，通过

2、对零空间坐标置进行数学规划可以使其他性能指标达到最优。推导证明，控制量最小问题和阻力最小问题分别可以转化为对坐标置的线性规划与二次规划问题。仿真结果表明。给出的基于零空问的改进直接分配法可以实现控帝j量最小和阻力最小控制分配。关键词：控制分配；直接分配法；零空间；阻力最小中图分类号：0232文献标识码：A文章编号：1671．654X(2014)01．0027．03ANewDi眦tAⅡo傀舶n舢驷rithmBased佃Nllll—spa∞XUMing一】【in91，ZHUXiao．pin92，ZHOUZhoul，ZHANGB01(1．＆如

3、，黜口以死曲∞切o，l以yk60m毒D侈，M印U，尉7肌710072，吼打l口；2．删y胍e口陀Jl船t如姚，^几卯U，瓜7口n710072，CA打m)Ab鼬隋ct：DirectaⅡocationisan胡bctivemetllodtosolvecont】吣lsu西北esredund粕cyproblem．Howeveritc锄orIly叩timizetlleⅡliIlimumtaI驴teHDrinaspecifieddirection，whichlilnitstlle印plicationofdi-rectalloc撕on．Int}Iis

4、case，ot}Ierpe而皿柚cec锄be叩timizedbymatIIem撕cpro籼ingintllentlllspacecoordinates娅er3dimensiondirectallocation．Itissho帅t}Iroughd鲥V撕ontllatIIlinimumcon删problem锄dIIliniInumdragpmblemc妇betI彻sfo册edintoline甜pro班吼Iningproblem趴dquad枷cpro踟rnjngpmblemrespectiVely．Simul撕onresultsshowtha

5、ttlleIIlinimumdragpmblemandminimumconnDlproblemcanbesolvedbyt}IenewdirectaUocationa190fitllmbasedonnuU—spaceproposedintllepaper．Keywords：connDlaUocation；directallocation；nuUspace；minimumdrag引言基于可靠性、机动性和安全性等方面的考虑，现代飞行器多采用多操纵面冗余布置形式，控制分配技术是解决操纵面冗余飞行器控制的一种有效方法。直接分配法(Direct舢

6、kation)是一种非常值得研究的控制分配方法，直接分配法具有两个重要优点：一是直接分配法可以实现对可达转矩集100％的分配；二是在转矩指令不可达时，直接分配法可以保持转矩指令的方向性。直接分配法由Durh枷提出，Durh锄对二维、三维转矩分配问题及可达转矩集边界搜索方法进行了研究⋯。Petersen和Bodson对直接分配法的计算效率及“控制共线”问题进行了研究【2J。Bolender和Dom蛐给出了考虑舵效非线性的可达转矩集"J。李卫琪提出了相邻面搜索算法，放宽了控制效率矩阵任意三列线性无关的限制条件M1；史静平研究了共面系统以及可

7、达转矩集不包括原点系统的分配问题HJ。虽已进行大量研究，但是直接分配法只能对指定方向上误差最小目标进行优化的固有缺点仍未得到很好解决。为了使直接分配法可以对其他目标进行优化，Durh锄进行了一些初步研究旧J。Durh锄的思路是将其他优化目标转化为可达转矩集的一维，将三维转矩分配问题转化为高维转矩分配问题，但是高维可达转矩集的求取难度较大以及几何上的抽象性限制了这种方法的应用。本文利用零空间可对控制量进行调节的特陛，在三维转矩分配的基础上对零空间坐标置进行收稿日期：2013一ll一1l修订日期：2013—12—20基金项目：国家自然科学基

8、金项目资助(11202162)作者简介：徐明兴(1986一)，男。山东膝州人，博士研究生。研究方向为无人机飞行动力学与控制。·28·航空计算技术第44卷第1期数学规划，使控制量最小和阻力最小两种目标达到最优