一种多约束在线高斯伪谱末制导方法技术

本发明专利技术涉及一种多约束在线高斯伪谱末制导方法，该方法包括如下步骤：（1）采用高斯伪谱法对非线性状态方程进行末端轨迹优化；（2）在一个制导周期内，采用时钟保持机制将最优控制指令带入实际飞行过程；（3）在同一制导周期上，利用上一周期的全弹道信息及当前状态量进行制导指令的在线重构；（4）在下一制导周期上，重复步骤（2）和（3），直到接近目标为止；（5）接近目标后，应用比例导引方法击中目标。能够对速度、攻角、攻击方向等非线性较强的状态量的终端值进行控制，能够很好的消除飞行过程中各种干扰引起的偏差，并且能够很快的重构最优控制指令。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，该方法包括如下步骤：（1)采用高斯伪谱法讨非线性状态方程进行末端轨迹优化；（2)在一个制导周期内，采用时钟保持机制将最优控制指令带入实际飞行过程；（3)在同一制导周期上，利电上一周期的全弹道信息及当前状态量进行制导指令的在线重构■’(4)在下一制导周期上，重复步潔（2)和（3)，直到接近目标为止；（5)接近目标后，应用比例导引方法击中目标。能够对速度、攻_、攻击方向等非线性较强的状态量的终端值进厅控制，能够很好的消除飞行过程中各种干扰引g的偏差，并且能够很快的重构最优控制指令。【专利说明】
本专利技术涉及，应用于高超声速飞行器的末制 导过程中，属于飞行器的制导控制
。
技术介绍
经过近半个世纪的发展，常规飞行器的末制导技术已经趋于成熟，但随着高超声 速飞行器的发展，尤其是全球打击任务的迫切需要，要求飞行器以高超声速的速度精确打 击目标的同时还需保证终端的角度、速度等指标在一定的范围之内，这类指标的控制能够 保证飞行器获得最佳的毁伤效果。 尽管现在有许多末段制导律能够保证飞行器精确的打击目标，但却很少有制导 律能够导引飞行器以特定的角度攻击目标，能够控制末段攻角的制导律则更少。1973年， M. Kim和Kelly Grider利用线化后的Riccati方程求解线性二次问题获得了保证终端飞 行弹道倾角的次优制导律。之后，Kenney在八十年代末期做了大量关于求解线性二次问题 获得末段制导律的研究。1988年，Rusank提出了一种新的求解Riccati方程问题的方法， 该方法成为一种处理最优末制导问题的有效方法。1995年，Idan获得了具有初始和终端 弹道倾角约束的末制导问题的解析解。之后，Kim提出了一种保证终端弹道倾角的偏置比 例导引。2008年，LuPing基于控制比例导引方程，推导了一种保证终端角度的自适应末段 制导律，该方法通过逻辑关系将不同制导平面的弹道导引到能够保证飞行器终端角度收敛 的状态上去。上面的工作都是基于末端飞行角度的制导律，并没有包括末段的攻角控制。 2010年，邢强通过分段的策略推导了既能保证终端飞行角度又能保证末段攻角的分段比例 导引。 上面提到的方法都是基于线性模型或部分非线性方程解析解推导得到的制导律。 由于速度具有较强的非线性和多耦合的特点，对于飞行器的末端速度控制一直都是制导领 域中的一个难点。 近年来，随着数值解算非线性规划问题方法的发展，能够很快的求解一个光滑的 非线性最优控制问题。1995年，Elnager将求解流体偏微分方程问题的勒让德伪谱法引入 到求解最优控制问题之中。之后，I. Ross提出了关于非线性最优控制问题的一阶条件与非 线性规划问题的KKT条件之间等价的协态映射理论，揭示了伪谱法求解非线性最优控制问 题的高精度性质。2006年，David Beson在勒让德伪谱法的基础上，引入高斯节点对非线性 最优控制问题进行离散，提出了高斯伪谱法，并发现该方法的非线性最优控制问题的一阶 条件与非线性规划问题的KKT条件之间具有更好的映射完整性，因此具有更高的效率。与 此同时，采用高斯节点也能够保证高斯型积分公式具有更好的精度。高效率的算法为在线 应用铺平了道路，2006年，I. Ross研究了勒让德伪谱法在线应用的收敛性，只要解算足够 快，就能保证在线应用的有效收敛。 本专利技术受高斯伪谱法以及勒让德伪谱在线应用研究的启发，提出了一种多约束在 线高斯伪谱末制导方法。该方法结合了高斯伪谱法、基于时钟信号的指令保持技术以及初 值猜测策略，在一个制导周期内采用基于时钟信号的指令保持将最优控制指令带入实际飞 行过程，并采用上一步的求解结果作为初始猜测，通过高斯伪谱法求解当前制导周期下的 最优控制问题。本专利技术的优势在于对飞行器末制导具有很高的计算效率，只需较少的离散 点就能获得较高的精度，能够消除飞行过程中存在的各种干扰因素(模型误差、风干扰、大 气环境偏差、气动偏差等）引起的偏差，能够对终端状态(速度、飞行角度、攻角等）进行控 制。本专利技术通过蒙塔卡罗打靶试验进行测试，仿真结果表明该方法能够很好的消除过程干 扰引起的偏差，并对飞行器的终端状态进行有效的控制。
技术实现思路
本专利技术是，该方法利用飞行器末段弹道的光 滑性质，采用高斯伪谱法对全状态的非线性动力学方程形成的最优控制问题进行求解，获 得快速的弹道解算。该方法的实施流程如图1所示，包括： (1)采用高斯伪谱法对非线性状态方程进行末端轨迹优化； 以初始状态量为初始条件，考虑下面末段飞行器的动力学方程和性能指标所构成 的最优控制问题。 【权利要求】1. ，该方法包括如下步骤： (1) 采用高斯伪谱法对非线性状态方程进行末端轨迹优化； (2) 在一个制导周期内，采用时钟保持机制将最优控制指令带入实际飞行过程； (3) 在同一制导周期上，利用上一周期的全弹道信息及当前状态量进行制导指令的在 线重构； (4) 在下一制导周期上，重复步骤（2)和（3)，直到接近目标为止； (5) 接近目标后，应用比例导引方法击中目标。【文档编号】G06F17/50GK104217041SQ201310206395【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月29日 优先权日:2013年5月29日 【专利技术者】陈万春, 徐衡, 杨良 申请人:北京航空航天大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多约束在线高斯伪谱末制导方法，该方法包括如下步骤：（1）采用高斯伪谱法对非线性状态方程进行末端轨迹优化；（2）在一个制导周期内，采用时钟保持机制将最优控制指令带入实际飞行过程；（3）在同一制导周期上，利用上一周期的全弹道信息及当前状态量进行制导指令的在线重构；（4）在下一制导周期上，重复步骤（2）和（3），直到接近目标为止；（5）接近目标后，应用比例导引方法击中目标。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈万春，徐衡，杨良，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11