專利名稱：一種魯棒最優(yōu)意義下的慣導(dǎo)快速初始對準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的初始對準(zhǔn)技術(shù)，同時涉及魯棒控制理論。
技術(shù)背景
初始對準(zhǔn)是慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。初始對準(zhǔn)是指慣導(dǎo)系統(tǒng)正式進(jìn)入工作 狀態(tài)之前，要使平臺坐標(biāo)系與選定的導(dǎo)航坐標(biāo)系相重合，為導(dǎo)航解算提供必須的初始條件， 包括對準(zhǔn)精度和對準(zhǔn)時間兩個重要指標(biāo)，它對系統(tǒng)以后的工作性能產(chǎn)生直接影響。
由于部分狀態(tài)變量的能觀測性比較差，傳統(tǒng)的初始對準(zhǔn)方法對準(zhǔn)時間比較長。而 減小初始對準(zhǔn)時間對提高武器系統(tǒng)響應(yīng)的快速性具有極其重要的意義。
初始對準(zhǔn)中常用Kalman濾波器對誤差狀態(tài)向量進(jìn)行估計。但Kalman濾波器要求 系統(tǒng)的模型準(zhǔn)確、噪聲統(tǒng)計特性已知并且滿足相關(guān)性的假設(shè)條件。實際應(yīng)用時，系統(tǒng)中卻存 在著對統(tǒng)計特性缺乏了解的外部干擾信號，而且系統(tǒng)模型本身存在一定范圍內(nèi)的攝動。
針對初始對準(zhǔn)時間長、濾波系統(tǒng)的不確定性等問題，本發(fā)明將L2有界不確定性魯 棒最優(yōu)控制理論和Hj慮波器引入慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)過程，以一種新的思路和方法加以 解決。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有魯棒最優(yōu)性能的慣導(dǎo)系統(tǒng)快速初始對準(zhǔn)方法。
初始對準(zhǔn)的實現(xiàn)過程如下
a 根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程的數(shù)學(xué)模型
y 二 Cx + Dv
選擇輔助反饋控制向量U、確定輔助矩陣Bi。
確定maxmin 指標(biāo)J =: max min f 0x+ " ，其中 q 半正定
b 利用L2有界不確定性系統(tǒng)線性二次魯棒最優(yōu)控制的理論求取狀態(tài)反饋解，確定 狀態(tài)反饋矩陣K1 ；
c 在初始對準(zhǔn)過程中，利用改進(jìn)的Hj慮波器實時遞推計算慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差狀態(tài)向量；
d 慮波器得到的誤差狀態(tài)向量估計值與狀態(tài)反饋矩陣K1相乘，反饋回初始對 準(zhǔn)回路，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)；
e 系統(tǒng)收斂后得到三個失準(zhǔn)角ΦΕ、ΦΝ、Φυο對于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，修正捷聯(lián)矩陣， 完成了數(shù)學(xué)平臺的初始對準(zhǔn)。
根據(jù)該方法，步驟a中矩陣的選擇必須滿足以下條件(A，B1)能控或者能鎮(zhèn)定， (Α，C)能觀，(A，Q)能觀。
根據(jù)該方法，步驟b中需構(gòu)造一個實對稱矩陣P，使?fàn)顟B(tài)反饋矩陣& =-5/1。
實對稱矩陣P和選定的參數(shù)η需滿足代數(shù)Riccati方程
PA+ATP+Q-P (B1B1^B2 η _1B2T) P = O
其中參數(shù)η取值范圍0 < η < 1。
實對稱矩陣P和選定的參數(shù)η、矩陣U ( η)需滿足Lyapunov方程
[A- (B,B,T-B2 n ^1B21) P] TU ( η ) +U ( η ) [A- (B,B,T-B2 n ^1B21) P] + [ η ^1B2TP] T [ n -1B2TP]=0。
權(quán)利要求
1.一種魯棒最優(yōu)意義下的慣導(dǎo)快速初始對準(zhǔn)方法，將L2有界不確定性魯棒最優(yōu)控制理 論和H00濾波器引入慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)過程，其特征在于包括a 根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程的數(shù)學(xué)模型χ - Ax + B2V y-Cx + Dv選擇輔助反饋控制向量U、確定輔助矩陣Bi。確定 maxmin 指標(biāo)= max min Γ{xTQx + uTu)dt，其中 Q 半正定；b 利用L2有界不確定性系統(tǒng)線性二次魯棒最優(yōu)控制的理論求取狀態(tài)反饋解，確定狀態(tài) 反饋矩陣K1;c 在初始對準(zhǔn)過程中，利用改進(jìn)的Hj慮波器實時遞推計算慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差狀態(tài)向量； d 慮波器得到的誤差狀態(tài)向量估計值與狀態(tài)反饋矩陣K1相乘，反饋回初始對準(zhǔn)回 路，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)；e 系統(tǒng)收斂后得到三個失準(zhǔn)角ΦΕ、ΘΝ、φυο對于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，修正捷聯(lián)矩陣，完成 數(shù)學(xué)平臺的初始對準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種魯棒最優(yōu)意義下的慣導(dǎo)快速初始對準(zhǔn)方法，其特征在于， 所述步驟a中矩陣的選擇必須滿足以下條件(A，B1)能控或者能鎮(zhèn)定，(A，C)能觀，(A，Q) 能觀。
3.如權(quán)利要求1所述的一種魯棒最優(yōu)意義下的慣導(dǎo)快速初始對準(zhǔn)方法，其特征在于， 所述步驟b中需構(gòu)造一個實對稱矩陣P，使& -: ~B[P。
4.如權(quán)利要求3所述的一種魯棒最優(yōu)意義下的慣導(dǎo)快速初始對準(zhǔn)方法，其特征在于， 所述實對稱矩陣P和選定的參數(shù)Π需滿足代數(shù)Riccati方程PA+ATP+Q-P (B1Bi1-B2 n ^1B21) P = 0。
5.如權(quán)利要求4所述的一種魯棒最優(yōu)意義下的慣導(dǎo)快速初始對準(zhǔn)方法，其特征在于， 所述實對稱矩陣P和選定的參數(shù)η、矩陣υ( η)需滿足Lyapunov方程[A-(B1Bj-B2 n-1B/)P]TU(n)+U(n) [A-(B1Bj-B2 n-1B/)P] + [ η-1B2tP]τ[ n-1B2tP] = 0。
6.如權(quán)利要求1所述的一種魯棒最優(yōu)意義下的慣導(dǎo)快速初始對準(zhǔn)方法，其特征在于， 所述步驟c中對誤差狀態(tài)向量的估計采用改進(jìn)的H00濾波算法，慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程離散后 'Xm= φ ,Xk^rkWk ^yk =HkXk+VkΛ = LkXk此處線性組合中Lk可取為單位陣I， 改進(jìn)的H00濾波算法為
7.如權(quán)利要求6所述的一種魯棒最優(yōu)意義下的慣導(dǎo)快速初始對準(zhǔn)方法，其特征在于， 采用因子矩陣S對所述H00濾波器進(jìn)行改進(jìn)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種魯棒最優(yōu)意義下的慣導(dǎo)快速初始對準(zhǔn)方法，其特征在于， 所述步驟d中初始對準(zhǔn)回路引入與慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差狀態(tài)向量成線性關(guān)系的輔助反饋控制向量。
9.如權(quán)利要求1所述的一種魯棒最優(yōu)意義下的慣導(dǎo)快速初始對準(zhǔn)方法，其特征在于， 所述步驟d中的控制系統(tǒng)無實際電子線路，所述初始對準(zhǔn)回路由計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種魯棒最優(yōu)意義下的慣導(dǎo)快速初始對準(zhǔn)方法。在初始對準(zhǔn)系統(tǒng)中引入輔助矩陣和輔助反饋控制向量，根據(jù)maxmin指標(biāo)求解魯棒最優(yōu)控制問題，確定狀態(tài)反饋控制矩陣；在初始對準(zhǔn)過程中，利用改進(jìn)的H∞濾波器實時遞推計算慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差方程中的狀態(tài)向量，反饋后形成閉環(huán)回路；系統(tǒng)收斂后得到三個失準(zhǔn)角。使用該方法、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)穩(wěn)定魯棒性良好，改善了動態(tài)響應(yīng)品質(zhì)，提高了慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)的快速性。
文檔編號G01C21/16GK102032922SQ201010568090
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者吳光躍, 岳冬雪, 戴紹忠 申請人:北京華力創(chuàng)通科技股份有限公司