一种电动舵机指令驱动型控制增益自适应控制方法与流程

本发明涉及增益自适应控制，尤其涉及一种电动舵机指令驱动型控制增益自适应控制方法。

背景技术：

1、电动舵机用于带动空气舵、喷管等姿态控制装置偏转，实现飞行器姿态控制。电动舵机具有体积小、效率高、寿命长、免维护周期长等优点，在军、民等产品获得广泛应用。为保证电动舵机时域、频域跟踪性能，先进的控制算法尤为关键。对于存在较大非线性环节的舵机控制系统模型，同一套控制参数往往不能同时满足时域跟踪性能和频域幅频性能要求。舵机控制系统典型的非线性环节有传动机构回差、控制电路死区、电机参数饱和非线性等，从模型角度消除非线性环节的难度大、代价高，迫切需要从控制算法角度实现控制参数的自适应，以较小的代价实现舵机的时域、频域指标。常用的控制方法主要有反馈控制、反馈前馈复合控制等，如状态空间控制、pid控制、pid指令速度加速度前馈控制及衍生的分段pid控制等。

2、为提高电动舵机的时域和频域性能，现有技术方案有物理模型改进法、分段pid控制法、指令前馈控制法等。其中，物理模型改进法通过选用高精度的传动机构、精密的控制电路、高性能电动机等部件，消除舵机控制模型的非线性，提高舵机时域指标与频域指标的一致性，缺点是改造成本高，灵活性低，不适合大范围推广；分段pid控制法根据误差大小分段，实现不同幅值指令的性能调整，但是当时域幅值与频率幅值相同时，无法兼顾时域指标和频域指标；指令前馈控制法根据指令速度、加速度补偿闭环控制量，提高跟踪快速性，但是由于通讯延时，指令速度、加速度计算量相位滞后严重，对于中高频段的正向控制作用减弱，甚至因相位翻转，对系统形成扰动。

3、这些控制算法控制参数恒定，不可根据舵机的工作状态自适应调整控制参数，因此，不能同时实现时域和频域指标的最优化。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种电动舵机指令驱动型控制增益自适应控制方法，用以解决现有增益控制的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种电动舵机指令驱动型控制增益自适应控制方法。

3、该方法包括：

4、获取当前指令，前时刻指令以及前前时刻指令，基于当前指令、前时刻指令以及前前时刻指令得到指令加速度，根据指令加速度确定控制增益自适应标志变量以及控制增益自适应标志变量前时刻变量；

5、根据得到的控制增益自适应标志变量以及控制增益自适应标志变量前时刻变量，得到更新后的控制增益自适应标志变量；

6、根据更新后的控制增益自适应标志变量以及设定增益，计算得到增益自适应系数变量；

7、并基于计算得到的增益自适应系数变量对目标增益进行控制。

8、可选地，所述根据指令加速度确定控制增益自适应标志变量以及控制增益自适应标志变量前时刻变量，包括：

9、确定5个递进式执行判断条件；

10、对所述指令加速度依次执行5个递进式执行判断条件，从而确定变量；所述变量包括：有效调用次数计数变量、有效调用前时刻标志变量、控制增益自适应标志变量以及控制增益自适应标志变量前时刻变量。

11、可选地，所述5个递进式执行判断条件包括：

12、判断条件1：如果有效调用前时刻标志变量require_acce_flagpre等于1，且指令加速度幅值大于指令加速度限定值float_require_acce_limit2，则有效调用次数计数变量require_acce_flag清零，有效调用前时刻标志变量require_acce_flagpre清零，控制增益自适应标志变量lf_require_acce清零，控制增益自适应标志变量前时刻变量lf_require_acce_pre清零，否则不进行任何处理；

13、判断条件2：如果有效调用次数计数变量require_acce_flag大于等于限定值uint_require_acce_limit1,且指令加速度幅值大于限定值float_require_acce_limit2，则有效调用前时刻标志变量require_acce_flagpre赋值1，控制增益自适应标志变量lf_require_acce清零，控制增益自适应标志变量前时刻变量lf_require_acce_pre清零，否则不进行任何处理；

14、判断条件3：如果指令加速度幅值小于限定值

15、float_require_acce_limit1，则对有效调用次数计数变量require_acce_flag加1计数，否则require_acce_flag清零；

16、判断条件4：如果指令加速度幅值大于限定值

17、float_require_acce_limit3，则控制增益自适应标志变量lf_require_acce清零，控制增益自适应标志变量前时刻变量lf_require_acce_pre清零，否则不进行任何处理；

18、判断条件5：如果指令加速度幅值大于指令加速度限定值float_require_acce_limit2，则有效调用次数计数变量限定值uint_require_acce_limit2赋值给有效调用次数计数变量require_acce_flag，否则不进行任何处理。否则不进行任何处理。

19、可选地，采用如下方式得到更新后的控制增益自适应标志变量：

20、n_lf_require_acce＝0.8*lf_require_acce_pre+0.2*|lf_require_acce|；

21、其中，lf_require_acce_pre为控制增益自适应标志变量前时刻变量，lf_require_acce为控制增益自适应标志变量。

22、可选地，所述根据更新后的控制增益自适应标志变量以及设定增益，计算得到增益自适应系数变量，包括：

23、tempkp_adjust＝n_lf_require_acce*temp_bias+1

24、其中，对tempkp_adjust进行限幅，值域为[1，float_tempkp_adjust_limit1]，其中float_tempkp_adjust_limit1根据系统控制增益稳定范围选取，temp_bias为设定增益，temp_bias≥0；n_lf_require_acce为更新后的控制增益自适应标志变量。

25、可选地，所述方法还包括：

26、根据指令通讯时间间隔对通讯是否中断进行检测，当通讯中断时进行复位，即对控制增益自适应标志变量lf_require_acce和控制增益自适应标志变量前时刻变量lf_require_acce_pre清零。

27、可选地，所述根据指令通讯时间间隔对通讯是否中断进行检测包括：

28、设定指令计数变量cnt_qk初值为0，通过定时器设置中断间隔时间，每中断一次，cnt_qk的值加1，当cnt_qk的值等于通讯周期时，检测此时是否接收到通讯指令，当接收到通讯指令时，将计数变量cnt_qk进行清零并继续根据中断进行循环计数；否则将cnt_qk的值加1，继续根据中断更新cnt_qk的值；

29、当cnt_qk的值大于一个通讯周期时，则认为通讯中断。

30、可选地，指令加速度限定值包括：float_require_acce_limit1、float_require_acce_limit2、float_require_acce_limit3；

31、各指令加速度限定值之间的大小关系为：

32、float_require_acce_limit1<float_require_acce_limit2<float_require_acce_limit3；

33、有效调用次数计数变量限定值包括：uint_require_acce_limit1、uint_require_acce_limit2；

34、各有效调用次数计数变量限定值之间的大小关系为：

35、uint_require_acce_limit1≤uint_require_acce_limit2。

36、可选地，所述基于当前指令、前时刻指令以及前前时刻指令得到指令加速度，包括：

37、require_acce＝targetnow–2*targetpre+targetprepre

38、其中targetnow为当前指令，targetpre为前时刻指令，targetprepre为前前时刻指令。

39、可选地，所述基于计算得到的增益自适应系数变量对目标增益进行控制包括：

40、将控制增益自适应标志变量与增益自适应系数变量tempkp_adjust相乘/除，从而使得控制增益增大/减小。

41、另一方面，与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

42、1、本发明提供了一种电动舵机指令驱动型控制增益自适应控制方法，通过对指令变化动态的识别、计算，提取控制增益自适应调整的标志量，与设定增益相乘后，进行安全性限幅处理，输出量用于对控制增益自适应调整，实现舵机时域与频域指标的分别整定，同时提高。

43、2、本发明提供了一种电动舵机指令驱动型控制增益自适应控制方法，解决电动舵机时域跟踪性能与频域幅频特性的兼容性最优控制问题，同时提高电动舵机的时域性能和频域性能。

44、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。