【技术实现步骤摘要】
约束全程满足的高超声速飞行器绕障飞行最优控制系统
本专利技术涉及高超声速飞行器绕障飞行轨迹优化领域,尤其涉及约束全程满足的高超声速飞行器绕障飞行最优控制。在高超声速飞行器从指定初始位置出发后能够给出高超声速飞行器轨迹优化控制策略并转换为飞行器倾斜角控制指令,在全程满足所有约束条件的前提下,使高超声速飞行器获得更短的飞行时间。
技术介绍
高超声速飞行器是飞行速度大于5Ma的临近空间飞行器,可以实现全球快速精准打击和到达任务,其相关技术受到了全球军事强国的广泛关注,已经成为了世界航空航天领域一个极其重要的发展方向。高超声速飞行器以其极高的飞行速度和大跨度的飞行距离在军事战略上具有十分重要的意义,并日益受到世界各国的高度重视。在高超声速飞行器的研究中,为了满足特定的包括指定飞行航点(完成军事侦察或空中加油任务)和规避禁飞区(军事敏感地带)等军事要求,大量的国内外学者投身到高超声速飞行器绕障飞行的课题中,研究如何在全程满足所有约束条件的前提下,更快、更准地完成指定飞行任务,进一步提高高超声速飞行器的打击速度和打击精度。因此,高超声速飞行器绕障飞行最优轨迹设计问题越来越受到国内外军事强国的关注,是当前国内外研究的热点和难点。
技术实现思路
为了使高超声速飞行器飞行时间更短,提高高超声速飞行器的打击范围,本专利技术的目的在于提供一种计算速度快、计算效率高、计算精度高,能够全程满足所有约束、实现最优的约束全程满足的高超声速飞行器绕障飞行最优控制系统。高超声速飞行器绕障飞行轨迹优化问题飞行过程可以用数学模 ...
【技术保护点】
1.一种约束全程满足的高超声速飞行器绕障飞行最优控制系统,其特征在于,它由飞行器传感器和飞行器绕障飞行控制器通过数据总线相连构成。所述飞行器绕障飞行控制器由信息采集模块、初始化模块、离散化模块、非线性规划问题求解模块和结果显示模块依次相连组成。/n所述约束全程满足的高超声速飞行器绕障飞行最优控制系统的运行过程如下:/n步骤1):在飞行器绕障飞行控制器中输入对应于该飞行器的运动方程、航点和禁飞区等约束条件、目标函数;/n步骤2):高超声速飞行器从指定初始位置出发后,开启飞行器传感器,得到高超声速飞行器当前的飞行经度、飞行纬度、速度和飞行航向角状态信息;/n步骤3):飞行器绕障飞行控制器自动执行内部的优化算法,得到使高超声速飞行器在满足所有约束条件下飞行时间最短的轨迹优化控制策略。/n所述步骤3包括以下子步骤:/n步骤3.1):信息采集模块获取步骤2得到的高超声速飞行器当前的飞行经度、飞行纬度、速度、飞行航向角状态信息;以及飞行器的运动方程、飞行航点和禁飞区约束条件、目标函数信息。/n步骤3.2):初始化模块开始运行,设置轨迹优化过程时间的离散段数、倾斜角控制量的初始猜测值u
【技术特征摘要】
1.一种约束全程满足的高超声速飞行器绕障飞行最优控制系统,其特征在于,它由飞行器传感器和飞行器绕障飞行控制器通过数据总线相连构成。所述飞行器绕障飞行控制器由信息采集模块、初始化模块、离散化模块、非线性规划问题求解模块和结果显示模块依次相连组成。
所述约束全程满足的高超声速飞行器绕障飞行最优控制系统的运行过程如下:
步骤1):在飞行器绕障飞行控制器中输入对应于该飞行器的运动方程、航点和禁飞区等约束条件、目标函数;
步骤2):高超声速飞行器从指定初始位置出发后,开启飞行器传感器,得到高超声速飞行器当前的飞行经度、飞行纬度、速度和飞行航向角状态信息;
步骤3):飞行器绕障飞行控制器自动执行内部的优化算法,得到使高超声速飞行器在满足所有约束条件下飞行时间最短的轨迹优化控制策略。
所述步骤3包括以下子步骤:
步骤3.1):信息采集模块获取步骤2得到的高超声速飞行器当前的飞行经度、飞行纬度、速度、飞行航向角状态信息;以及飞行器的运动方程、飞行航点和禁飞区约束条件、目标函数信息。
步骤3.2):初始化模块开始运行,设置轨迹优化过程时间的离散段数、倾斜角控制量的初始猜测值u(0)(t),设定优化精度要求tol,将迭代次数k置零;
步骤3.3):通过离散化模块将动态运动方程组在时间轴[t0,tf]上全部离散;
步骤3.4):通过非线性规划问题求解模块获得所需的倾斜角最优控制策略和对应状态轨迹,这个过程包括多次内部迭代,每次迭代都要求解寻优方向和寻优步长,并进行寻优修正。对于某一次迭代得到的倾斜角控制量u(k)(t),如果其对应目标函数值J[u(k)(t)]与前一次迭代的目标函数值J[u(k-1)(t)]之差小于精度要求tol,则判断收敛性是否满足,若满足则将指令输出到结果显示模块;否则进行下一次迭代。
步骤3.5):结果显示模块显示获得的优化轨迹。
所述步骤3.3包括以下子步骤:
步骤3.3.1):将倾斜角控制量u(t)、状态轨迹x(t)用M阶插值公式的线性组合表示,即:
其中,N是对时间区间[t0,tf]进行离散的段数,φ(t)表示插值公式,线性组合系数ui,j和si,j分...
【专利技术属性】
技术研发人员:吕露,马卫华,张志猛,叶松,张泽银,郑总准,刘兴高,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:浙江;33
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