[发明专利]一种空间遥操作系统输出状态预测方法

摘要

本发明提出一种空间遥操作系统输出状态预测方法，首先建立空间遥操作系统的空间状态方程，其次根据建立的空间遥操作系统的空间状态方程，建立辅助模型；随后进行辅助模型状态估计，得到空间遥操作系统的空间状态方程在任意最小采样周期时刻的系统输出预测状态值，最后循环进行估计，直到完成全部状态输出预测过程。采用本发明的方法，能够保证在反馈信号频率较低的情况下，根据历史信息较为准确的预测系统输出状态。

主权项

一种空间遥操作系统输出状态预测方法，其特征在于：采用以下步骤：步骤1：建立空间遥操作系统的空间状态方程：x(KT1+T1)=Ax(KT1)+Bu(KT1)+w(KT1)y(KT2)=Cx(KT2)+Du(KT2)+v(KT2)]]>其中K表示采样点，T1为KT1时刻空间遥操作系统的控制输入信号u(KT1)的采样周期，x(KT1)为KT1时刻空间遥操作系统的系统状态值，A,B,C,D分别为状态方程参数；T2为KT2时刻空间遥操作系统反馈信号y(KT2)的采样周期；w(KT1)和v(KT2)分别为过程噪声和测量噪声，都是平稳的零均值白噪声序列；步骤2：根据步骤1建立的空间遥操作系统的空间状态方程，建立辅助模型：x(kh+h)=ax(kh)+bu(kh)+r(kh)y(kh)=cx(kh)+du(kh)+o(kh)]]>其中h为T1和T2的最小采样周期，满足条件T1＝ph，T2＝qh且p和q两个数互质，其中在同一采样周期内空间遥操作系统的控制输入信号保持不变；k表示辅助系统的采样点，x(kh)表示kh时刻的辅助系统中间状态值，u(kh)表示kh时刻的辅助系统输入值，y(kh)表示kh时刻的辅助系统目标状态值，a,b,c,d分别为辅助系统状态方程参数，r(kh)和o(kh)为辅助系统的过程噪声和测量噪声，都是平稳的零均值白噪声序列；辅助系统状态方程参数为：a=A1p,b=B/Σi=0p-1Aip,c=C,d=D,r(kh)=w(kh)/Σi=0p-1Aip]]>步骤3：辅助模型状态估计：计算辅助模型的残差值：根据公式o(kh)=y(kh)-caqx(kh)-(cbΣi=0q-1ai+d)u(kh)Σi=0q-1ai(cL1(kh)+I)]]>计算o(kh)，其中L1(kh)＝Kc，然后根据公式Ro=1SΣi=1So(kh+ih)oT(kh+ih)]]>计算Ro，其中S表示残差序列长度；取误差值且为kh时刻x(kh)的估值，误差方差矩阵P(kh)和误差协方差矩阵M(kh)分别为P(kh)＝x(kh)x(kh)，M(kh)＝x(kh)x(kh‑h)，计算kh+h时刻辅助系统中间状态的估计值x^(kh+h)=ax^(kh)+bu(kh)+L(kh)[y(kh)-y(kh-h)]+L1(kh)o(kh)]]>其中L(kh)、P(kh)、M(kh)和Rr的表达式为：L(kh)＝[ac(M(kh)‑P(kh))+L1(kh)Ro][2Ro+2c2P(kh)‑2c2M(kh)]‑1P(kh+h)＝a2P(kh)+Rr+L(kh)[ac(P(kh)‑M(kh))+L1(kh)Ro]+L1(kh)(L1(kh)+2I)TRoM(kh+h)＝aP(kh)+Rr+L(kh)(P(kh)‑M(kh))cRr=1LΣi=1Lr(kh+ih)rT(kh+ih)]]>步骤4：估计步骤1中空间遥操作系统的空间状态方程在任意最小采样周期时刻T＝mh的系统输出预测状态值m为任意正整数：y^(kh)=cx^(kh)+du(kh)+o(kh)]]>步骤5：循环步骤3和步骤4直到完成全部状态输出预测过程。