【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及推進器，尤其涉及一種推進器的加權偽逆推力分配方法、系統、裝置。
技術介紹
1、推力分配對水下機器人的操縱和導航至關重要。通過靈活地調整各個推進器或水動力學舵的推力，水下機器人可以實現高度準確的方向控制和位置調整。在遙控操作車(rov)中，通常會布置多個槽道推進器，每個槽道推進器可以獨立操作，通過調整各推進器的輸出推力，實現rov在水中的上浮、下潛等狀態。并且槽道推進器的設計更利于維護，減少了與海床或者其他的水下障礙物碰撞的危險。
2、然而，傳統的偽逆法未充分考慮推進器的物理限制，而一些零空間偽逆法滿足了推進器的物理限制，但是沒有考慮到分配前后的誤差問題。在動態環境下，推進器數目的增多，計算復雜度指數上升，不利于實時調控。通過權重偽逆法對系統的動力學進行建模，但如果模型不準確或者系統動態變化較大，會導致推力分配結果不準確。零空間可能陷入局部最優值，達不到全局最優。
技術實現思路
1、根據本專利技術的一個方面，提供了一種推進器的加權偽逆推力分配方法、系統、裝置，對代價函數優化，降低能耗損失，增加推進器分配精度。
2、為解決上述技術問題，本專利技術第一方面公開了一種推進器的加權偽逆推力分配方法，本方法包括以下步驟：
3、根據推進器的推力向量以及力臂，確定推進器的布置矩陣；
4、對所述布置矩陣進行奇異值分解，確定布置矩陣的偽逆矩陣；
5、根據所述偽逆矩陣的偽逆矩陣原理，計算布置矩陣的零空間矩陣；根據所述零空間矩陣與可
6、確定推進器的能耗函數；
7、根據期望目標，確定期望變量及基于加權偽逆分配算法的代價函數；
8、更新控制器的輸出信息，在滿足約束條件的情況下，更新代價函數中的期望變量，確定推進器的輸出推力。
9、在一些實施方式中，所述根據推進器的推力向量以及力臂，確定推進器的布置矩陣，具體為：
10、根據推進器的推力向量與力臂，計算在rov六自由度方向上產生的推力與力矩；
11、將每個推進器產生的推力與力矩疊加，以確定所述推進器的布置矩陣。
12、在一些實施方式中，對所述布置矩陣進行奇異值分解，確定布置矩陣的偽逆矩陣，具體為：
13、根據輸出的推力與力矩確定成本函數，定義拉格朗日函數，通過拉格朗日函數對推力求偏導；
14、在推力結構非奇異時，通過拉格朗日乘子向量表達所述推力，確定所述布置矩陣的偽逆矩陣。
15、在一些實施方式中，根據所述偽逆矩陣的偽逆矩陣原理，計算布置矩陣的零空間矩陣，包括：
16、將所述布置矩陣進行svd分解，根據所述偽逆矩陣以及svd分解后布置矩陣，確定所述布置矩陣的零空間矩陣。
17、在一些實施方式中，確定推進器的能耗函數為：
18、根據推進器的功率與推進器推力大小的關系，確定所述推進器的總功率與推力大小的關系。
19、在一些實施方式中，根據期望目標，確定基于加權偽逆分配算法的代價函數及期望變量，包括：
20、根據所述推進器的能耗函數、分配前后的誤差以及推進器變化量，確定推進器的代價函數；
21、通過零空間向量確定得到滿足約束條件的最小代價函數值，確定期望變量。
22、在一些實施方式中，所述代價函數為：
23、
24、其中，j為代價函數，δf表示推進器變化值，fmax表示推進器輸出推力的最大值，fmin表示推進器輸出推力的最小值，wτ∈r6x6表示控制分配誤差的權重矩陣，測量控制力和力矩在分配前后的誤差；wf∈r8x8表示控制推進器輸入的權重矩陣，wδf∈r8x8表示推進器兩次推力變化的權重矩陣，wf和wδf設計為單位矩陣；γ、δ是尺度因子，表示次要目標的重要性；τ表示推進器輸出的推力和力矩；τd為控制器輸出的推力與力矩；
25、wτ∈r6×6為：
26、wτ＝diag{k1，k2，k3，k4，k5，k6}
27、ki對應相應的推力和力矩。
28、在一些實施方式中，推進器的輸出推力fi(x)：
29、
30、其中，x＊為期望向量，τd為控制器輸出的推力與力矩；vnull為零空間矩陣，v0為布置矩陣經svd分解后除去零空間矩陣的剩余矩陣，u為數學定義上svd分解的矩陣，為svd分解以后根據數學定義計算得到的布置矩陣的偽逆矩陣。
31、根據本專利技術的第二方面，公開了一種推進器控制系統，包括：
32、布置矩陣計算模塊，用于根據推進器的推力向量以及力臂，確定推進器的布置矩陣；
33、偽逆矩陣計算模塊，對所述布置矩陣進行奇異值分解，確定布置矩陣的偽逆矩陣；
34、零空間向量計算模塊，根據所述偽逆矩陣的偽逆矩陣原理，計算布置矩陣的零空間矩陣，根據所述零空間矩陣及可變向量計算零空間向量。
35、能耗函數計算模塊，確定推進器的能耗函數；
36、代價函數計算模塊，根據期望目標，確定推進器的代價函數及期望變量；
37、輸出推力計算模塊，更新控制器的輸出信息，在滿足約束條件的情況下，更新代價函數中的期望變量，確定推進器的輸出推力。
38、根據本專利技術的第三方面，公開了一種推進器控制裝置，所述推進器控制裝置包括：
39、存儲有可執行程序代碼的存儲器；
40、與所述存儲器耦合的處理器；
41、所述處理器調用所述存儲器中存儲的所述可執行程序代碼，執行如上任一項所述的一種推進器的加權偽逆推力分配方法。
42、與現有技術相比，本專利技術的有益效果在于：
43、本專利技術提供了一種推進器的加權偽逆推力分配方法、系統、裝置，首先對推進器進行建模解算，得到布置矩陣，計算得布置矩陣的零空間；引入一個可變變量，通過對可變變量改變實現對推進器推力命令的改變；考慮到推進器的約束條件以及推進器的能源損耗，提出基于零空間的加權偽逆分配算法。本專利技術在推力的分配過程中結合考慮不同推進器的權重，同時利用零空間進行冗余解的優化，降低能源損耗。
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1.一種推進器的加權偽逆推力分配方法，其特征在于，本方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種推進器的加權偽逆推力分配方法，其特征在于，所述根據推進器的推力向量以及力臂，確定推進器的布置矩陣，具體為：
3.根據權利要求2所述的一種推進器的加權偽逆推力分配方法，其特征在于，對所述布置矩陣進行奇異值分解，確定布置矩陣的偽逆矩陣，具體為：
4.根據權利要求3所述的一種推進器的加權偽逆推力分配方法，其特征在于，根據所述偽逆矩陣的偽逆矩陣原理，計算布置矩陣的零空間矩陣，包括：
5.根據權利要求1-4任一所述的一種推進器的加權偽逆推力分配方法，其特征在于，確定推進器的能耗函數為：
6.根據權利要求5所述的一種推進器的加權偽逆推力分配方法，其特征在于，根據期望目標，確定期望變量及基于加權偽逆分配算法的代價函數，包括：
7.根據權利要求6所述的一種推進器的加權偽逆推力分配方法，其特征在于，所述代價函數為：
8.根據權利要求3所述的一種推進器的加權偽逆推力分配方法，其特征在于，推進器的輸出推力fi(x)：p>
9.一種推進器控制系統，其特征在于，包括：
10.一種推進器控制裝置，其特征在于，所述推進器控制裝置包括：
...【技術特征摘要】
1.一種推進器的加權偽逆推力分配方法，其特征在于，本方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種推進器的加權偽逆推力分配方法，其特征在于，所述根據推進器的推力向量以及力臂，確定推進器的布置矩陣，具體為：
3.根據權利要求2所述的一種推進器的加權偽逆推力分配方法，其特征在于，對所述布置矩陣進行奇異值分解，確定布置矩陣的偽逆矩陣，具體為：
4.根據權利要求3所述的一種推進器的加權偽逆推力分配方法，其特征在于，根據所述偽逆矩陣的偽逆矩陣原理，計算布置矩陣的零空間矩陣，包括：
5.根據權利要求1-4任一所述的一種...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉夢蓮，楊文林，杜國峻，郭邑晨，胡安日，
申請(專利權)人：廣東智能無人系統研究院南沙，
類型：發明
國別省市：
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