[发明专利]一种考虑多约束的分布式多执行器控制指令分配方法

摘要

本发明公开了一种考虑多约束的分布式多执行器控制指令分配方法，该方法可以根据执行器与控制指令的匹配系数进行分配，同时满足各个执行器的控制输出上下限制和其能量约束。本发明为分布式算法，匹配系数、输出增量等计算都不需要中心单元，没有由于中心单元导致系统失效的风险，提高了系统的鲁棒性；输出计算不需要传统伪逆法等的矩阵求逆运算，大大降低了计算复杂度，有其是在执行器个数较大的情况下，优势更为明显；本发明计算所得的输出同时满足执行器输出上下限约束和执行器剩余能量约束；本发明适用于异构执行器之间的控制分配，可适用于同时配置双向执行器和单向执行器的系统，也可以适用于输出上下限等约束不同的执行器。

主权项

1.一种考虑多约束的分布式多执行器控制指令分配方法，其特征在于，包括以下步骤：1)初始化参数定义执行器自身单位输出产生的效果为其输出效率向量ai∈R2×1，其中i＝1,2,...,N，N为执行器个数且N≥2；定义执行器i的参与分配标识为bi，若执行器i不参与控制分配则bi＝0；反之，若执行器i参与控制分配，则bi＝1；待分配控制器指令为v∈R2×1，由控制器输出；各执行器当前输出值ui＝0；2)执行器能力更新自身输出效率向量根据下式更新执行器i的输出效率向量：ai＝biai3)根据控制指令和执行器输出效率向量计算匹配系数各执行器根据下式计算执行器i的输出效率向量ai与待分配指令v的匹配系数fi，并发送给其他执行器：其中，||v||为指令v的二范数，li为执行器i的输出下限，hi为执行器i的输出上限；执行器分为双向执行器和单向执行器，双向执行器li＝‑hi，单向执行器li＝0；4)按照匹配系数绝对值进行排序各执行器接收到其他所有执行器的匹配系数后将所有执行器的匹配系数按照绝对值|fi|的大小进行排序，得到匹配系数绝对值最大的为最优执行器，记为x，仅次于最优执行器的为次优执行器，记为y；5)计算执行器输出根据执行器x,y的匹配系数分为两种情况：情况1：执行器x,y匹配系数一致，即fx＝fy初始增量计算：执行器x,y分别根据下式计算各自的输出增量：输出限制修正：执行器x,y分别根据自身的输出下限lx,ly和上限hx,hy，分别按照以下各式对各自的参与分配标识bx、by和输出增量δx、δy进行修正：剩余能量修正：执行器x,y分别根据自身当前剩余能量值εx,εy，分别按照以下各式对各自的参与分配标识bx、by和输出增量δx、δy进行更新：其中，Δt为执行器单步执行步长，由控制器设定；能量值为执行器输出与时间的乘积，即，若执行器i在输出为U的情况下工作时长为T，则其剩余能量为εi＝UT；执行器x,y分别将各自计算所得的δx和δy传递给对方，取二者绝对值小者为Δ：Δ＝min(|δx|,|δy|)则执行器x,y各自的输出增量δx，δy分别为δx＝sgn(δx)Δδy＝sgn(δy)Δ执行器x,y分别更新各自输出值ux＝ux+δxuy＝uy+δy根据下式更新待分配指令v＝v‑axux‑ayuy若||v||＜ξ，则循环结束，进行步骤6)，否则继续返回步骤2)，其中ξ为预先设定的分配精度条件，ξ越小分配精度越高；情况2：x,y匹配系数不一致，即fx＞fy初始增量计算：执行器x根据下式计算输出增量输出限制修正：执行器x根据自身的输出下限lx和上限hx，按照下列各式对参与分配标识bx和输出增量δx进行更新：剩余能量修正：执行器x根据自身当前剩余能量值εx和总能量值Ex，按照下式对参与分配标识bx和输出增量δx进行更新：执行器x更新其输出值：ux＝ux+δx根据下式更新待分配指令：v＝v‑axux若||v||＜ξ，则循环结束，进行步骤6)，否则继续返回步骤2)；6)各执行器按照各自输出值同时执行经过上述分配后各执行器的输出值为ui，并按照下式对单向执行器输出做最后修正各执行器按照对应输出ui执行即可实现对指令v的分配，即