【技术实现步骤摘要】
一种超高精度的高超声速飞行器轨迹优化最优控制仪
本专利技术涉及高超声速飞行器再入段轨迹优化领域，尤其涉及一种超高精度的高超声速飞行器轨迹优化最优控制。在高超声速飞行器到达再入段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攻角控制指令，在满足安全要求的条件下，使高超声速飞行器获得更长的水平飞行距离。
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，轨迹优化与跟踪制导是一个意义重大的课题，特别是复杂的飞行任务要求高超声速飞行器具有自主规划轨迹的能力。对高超声速飞行器再入段轨迹优化不仅有利于提高飞行器飞行品质以满足既定任务要求，同时能够提高自主性和制导精度，近些年来一直受到国内外各军事强国的重视，是当前国内外研究的热点和难点。高超声...
【技术保护点】
1.一种超高精度的高超声速飞行器轨迹优化最优控制仪，其特征在于，它由飞行器传感器、飞行器控制器、飞行器执行器构成。所述飞行器传感器和飞行器执行器均通过数据总线与飞行器控制器相连。所述飞行器控制器包括依次相连的信息采集模块、初始化模块、离散化模块、非线性规划(Non-linear Programming，简称NLP)问题求解模块、超高精度自适应优化模块和控制指令输出模块。/n所述超高精度的高超声速飞行器轨迹优化最优控制仪的运行过程如下：/n步骤1)：在飞行器控制器中输入对应于该飞行器的气动系数模型、飞行器性能约束条件、指定优化目标；/n步骤2)：高超声速飞行器进入再入段后，开...
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种超高精度的高超声速飞行器轨迹优化最优控制仪，其特征在于，它由飞行器传感器、飞行器控制器、飞行器执行器构成。所述飞行器传感器和飞行器执行器均通过数据总线与飞行器控制器相连。所述飞行器控制器包括依次相连的信息采集模块、初始化模块、离散化模块、非线性规划(Non-linearProgramming，简称NLP)问题求解模块、超高精度自适应优化模块和控制指令输出模块。
所述超高精度的高超声速飞行器轨迹优化最优控制仪的运行过程如下：
步骤1)：在飞行器控制器中输入对应于该飞行器的气动系数模型、飞行器性能约束条件、指定优化目标；
步骤2)：高超声速飞行器进入再入段后，开启飞行器传感器，得到高超声速飞行器当前的海拔高度、速度、飞行航道倾角和飞行水平距离状态信息；
步骤3)：飞行器控制器根据设定的海拔高度、速度、飞行航道倾角要求执行内部超高精度的自适应优化算法，得到使高超声速飞行器水平飞行距离最长的最优控制策略；
步骤4)：飞行器控制器将获得的最优控制策略发送给飞行器执行器模块，并执行最优控制指令。
所述步骤3包括如下子步骤：
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海拔高度、速度、飞行航道倾角和飞行水平距离状态信息；
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、攻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NLP问题求解模块7获得所需的攻角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攻角控制量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控制指令输出模块9；否则进行下一次迭代；
步骤3.5)：对得到的控制向量u(k)(t)和状态向量x(k)(t)进行分析，收敛性条件满足，将攻角控制量u(k)(t)作为指令输出；否则执行下一步超高精度自适应优化模块处理。
所述步骤3.3包括以下子步骤：
步骤3.3.1)：将攻角控制量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分别是u(t)和x(t)在离散点ti,j上的值。
步骤3.3.2)：由于所有插值公式的导函数表达式已知，对公式(2)进行求导：
技术研发人员：吕露，徐国强，张志猛，叶松，杨业，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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