基于积分分离的递阶饱和PID控制器的控制方法技术

基于积分分离的递阶饱和PID控制器的控制方法，涉及一种递阶饱和PID控制器的控制方法，解决加入积分项的递阶饱和PID控制器会造成PID运算的积分积累，致使算得的控制量远远超过执行机构最大输出能力对应的极限控制量，最终引起系统较大的超调，甚至引起系统的震荡的问题。根据实时在台四元数Q和目标四元数Qc，计算出偏差向量e；根据星体最大控制加速度ai、最大转动角速度|ωi|max和步骤一获得的偏差向量e计算角速度约束系数Li，同时根据偏差向量e确定积分分离系数矩阵β；结合角速度约束系数Li与积分分离系数矩阵β计算输出力矩uc；分别通过姿态动力学方程与姿态运动学方程求解星体的实际角速度ω与更新后的反馈实时姿态四元数Q。本发明专利技术可广泛应用于对航天器的控制系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种递阶饱和PID控制器的控制方法。
技术介绍
敏捷卫星的应用中存在的一个关键词就是控制器的设计，良好的控制器能使系统的超调量很小，过度过程时间短，稳态误差小，控制精度高。一般的，在递阶饱和PID控制器中加入积分项，是为了提高系统型别，消除静态误差，提高控制精度。但在过程的启动、结束或大幅增减设定值时、短时间内系统有很大的偏差，会造成PID运算的积分积累，致使算得的控制量远远超过执行机构最大输出能力对应的极限控制量，最终引起系统较大的超调，甚至引起系统的震荡，这是实际应用中不允许出现的情况。
技术实现思路
本专利技术为了解决加入积分项的递阶饱和PID控制器会造成PID运算的积分积累，致使算得的控制量远远超过执行机构最大输出能力对应的极限控制量，最终引起系统较大的超调，甚至引起系统的震荡的问题，从而提供一种基于积分分离的递阶饱和PID控制器的控制方法。基于积分分离的递阶饱和PID控制器的控制方法，该控制方法的控制对象是敏捷卫星航天器，下面称敏捷卫星航天器为星体，所述控制方法包括如下步骤步骤一根据星体实时姿态四元数Q和星体目标四元数Q。，计算出偏差向量e ;步骤二 根据星 体坐标系第i轴的最大控制加速度％、星体各轴最大转动角速度和步骤一获得的偏差向量e计算角速度约束系数Li ；步骤三根据步骤一获得的偏差向量e确定积分分离系数矩阵β ;步骤四根据步骤二获得的角速度约束系数Li与步骤三获得的积分分离系数矩阵β计算带有积分分离的递阶饱和PID控制器指令输出力矩U。；步骤五根据控制力矩分配法则，计算实际的控制力矩Τ，通过姿态动力学方程求解星体的实际角速度ω ；步骤六根据步骤五所得星体的实际角速度ω，通过姿态运动学方程计算更新后的星体实时姿态四元数Q，并根据该更新后的星体实时姿态四元数Q对星体进行控制，然后返回步骤一，实现对星体的循环控制。采用本专利技术基于积分分离的递阶饱和PID控制器的控制方法的递阶饱和PID控制器适用于星体最大转动角速度受限和执行系统力矩输出饱和等约束条件的卫星快速机动的情况，能够使系统不需要事先进行轨迹规划就可以完成快速激动，既充分发挥递阶饱和PID控制器的优势，同时又去除了积分环节的不利影响，实现了良好的控制效果。附图说明图1为基于积分分离的递阶饱和PID控制器的原理图；图2为基于积分分离的递阶饱和PID控制器的控制方法流程图；图3为基于积分分离的递阶饱和PID控制器所述的星体坐标系示意图。具体实施例方式具体实施方式一、结合图1-2说明本具体实施方式，基于积分分离的递阶饱和PID控制器的控制方法，该控制方法的控制对象是敏捷卫星航天器，下面称敏捷卫星航天器为星体，所述控制方法包括如下步骤步骤一根据星体实时姿态四元数Q和星体目标四元数Q。，计算出偏差向量e ;步骤二 根据星体坐标系第i轴的最大控制加速度％、星体各轴最大转动角速度和步骤一获得的偏差向量e计算角速度约束系数Li ；步骤三根据步骤一获得的偏差向量e确定积分分离系数矩阵β ;步骤四根据步骤二获得的角速度约束系数Li与步骤三获得的积分分离系数矩阵β计算带有积分分离的递阶饱和PID控制器指令输出力矩U。；步骤五根据控制力矩分配法则，计算实际的控制力矩Τ，通过姿态动力学方程求解星体的实际角速度ω ；步骤六根据步骤五所得星体的实际角速度ω，通过姿态运动学方程计算更新后的星体实时姿态四元数Q，并根据该更新后的星体实时姿态四元数Q对星体进行控制，然后返回步骤一，实现对星体的循环控制。所述PID 为比例(Proportion)、积分(Integration)、微分(Differentiation)控制器，是工业控制应用中的反馈回路部件。具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一不同的是所述步骤一根据实时姿态四元数Q和目标四元数Q。，计算出偏差向量e的方法如下实时姿态四元数Q的形式如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于积分分离的递阶饱和PID控制器的控制方法，其特征在于，该控制方法的控制对象是敏捷卫星航天器，下面称敏捷卫星航天器为星体，所述控制方法包括如下步骤：步骤一：根据星体实时姿态四元数Q和星体目标四元数Qc，计算出偏差向量e；步骤二：根据星体坐标系第i轴的最大控制加速度ai、星体各轴最大转动角速度|ωi|max和步骤一获得的偏差向量e计算角速度约束系数Li；步骤三：根据步骤一获得的偏差向量e确定积分分离系数矩阵β；步骤四：根据步骤二获得的角速度约束系数Li与步骤三获得的积分分离系数矩阵β计算带有积分分离的递阶饱和PID控制器指令输出力矩uc；步骤五：根据控制力矩分配法则，计算实际的控制力矩T，通过姿态动力学方程求解星体的实际角速度ω；步骤六：根据步骤五所得星体的实际角速度ω，通过姿态运动学方程计算更新后的星体实时姿态四元数Q，并根据该更新后的星体实时姿态四元数Q对星体进行控制，然后返回步骤一，实现对星体的循环控制。

【技术特征摘要】
1.基于积分分离的递阶饱和PID控制器的控制方法，其特征在干，该控制方法的控制对象是敏捷卫星航天器，下面称敏捷卫星航天器为星体，所述控制方法包括如下步骤 步骤ー根据星体实时姿态四元数Q和星体目标四元数Q。，计算出偏差向量e ; 步骤ニ 根据星体坐标系第i轴的最大控制加速度ち、星体各轴最大转动角速度 和步骤ー获得的偏差向量e计算角速度约束系数Li ； 步骤三根据步骤一获得的偏差向量e确定积分分离系数矩阵3 ； 步骤四根据步骤ニ获得的角速度约束系数Li与步骤三获得的积分分离系数矩阵3计算带有积分分离的递阶饱和PID控制器指令输出カ矩U。； 步骤五根据控制カ矩分配法则，计算实际的控制カ矩T，通过姿态动力学方程求解星体的实际角速度《 ; 步骤六根据步骤五所得星体的实际角速度《，通过姿态运动学方程计算更新后的星体实时姿态四元数Q，井根据该更新后的星体实时姿态四元数Q对星体进行控制，然后返回步骤一，实现对星体的循环控制。2.根据权利要求1所述的基于积分分离的递阶饱和PID控制器的控制方法，其特征在于所述步骤ー根据实时姿态四元数Q和目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙兆伟，杨云刚，王峰，曹喜滨，潘小彤，李冬柏，庞博，李太平，宁明峰，岳程斐，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：