翼伞系统航迹规划方法和系统、航迹跟踪控制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种翼伞系统航迹规划方法，包括：1、建立风固定坐标系下的翼伞降阶质点模型；2、确定翼伞系统在空投初始时刻t

【技术实现步骤摘要】
翼伞系统航迹规划方法和系统、航迹跟踪控制方法和系统
本专利技术属于翼伞航迹规划和跟踪控制
，具体涉及一种翼伞系统的航迹规划方法及系统，以及跟踪规划航迹的方法及系统。
技术介绍
冲压式翼伞是一种由纺织材料构成的柔性飞行器，开伞后空气由翼伞前缘切口进入气室，在气室内形成滞止压力，使翼伞能保持较为稳定的翼形并产生升力和阻力，因此翼伞具有较高升阻比、优良的滑翔性能和可控性。拉拽伞衣后缘可以调整翼伞飞行方向和速度，实现精确着陆，克服了传统圆形降落伞飞行轨迹随风飘、落点散布大的缺点，同时翼伞在着陆时可以以雀降方式无损着陆，在战场物资精确空投、自然灾害救灾物资精确空投、航天器回收等领域有广泛应用前景，得到了国内外许多研究者的关注。为翼伞系统规划出合适归航航迹是能否实现精确空投的前提之一，很大程度上决定了翼伞的着陆精度和归航控制方式，只有在合适的规划航迹的基础上才能设计合适的航迹跟踪控制器，因此航迹规划对实现翼伞精确空投具有重要意义。翼伞系统航迹规划是指在翼伞动力学约束基础上，为翼伞系统规划出从初始空投点到目标点的、满足特定性能指标的归航航迹。早本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.翼伞系统航迹规划方法，其特征在于，包括：/nS11、建立风固定坐标系下的翼伞降阶质点模型：/n

【技术特征摘要】
1.翼伞系统航迹规划方法，其特征在于，包括：
S11、建立风固定坐标系下的翼伞降阶质点模型：



其中(x,y,h)分别为翼伞系统在风固定坐标系中水平面x方向、y方向和垂直方向的位置分量，vs为翼伞系统水平方向速度，vz为垂直方向速度，ψ为航向角，为航向角速率，u为与翼伞非对称下偏量对应的控制量；
S12、确定翼伞系统在空投初始时刻t0的位置(x0,y0,h0)和航向角ψ0、翼伞系统在着陆时刻tf的期望位置(xf,yf,hf)和期望航向角ψf、翼伞操纵绳的最大下拉量umax；
S13、建立翼伞系统航迹规划的目标函数：J＝f1J1+f2J2+f3J3；
其中J1＝(x(tf)-xf)2+(y(tf)-yf)2，为着陆点水平位置误差目标；J2＝cos(ψ(tf))+1，为着陆点航向误差目标；为控制能耗目标；f1、f2和f3为加权因子；x(tf)、y(tf)、ψ(tf)分别为规划航迹上翼伞在着陆时刻的水平面x方向、y方向的坐标和航向角；
S14、将翼伞飞行时段[t0,tf]划分为n个相邻区间，每个子区间内u(t)取常数值以控制翼伞系统，即：
其中：将u(t)表示为序列[σk]，k＝1,…,n；
S15、求解翼伞飞行时段每个区间的最优控制量σk，使目标函数值J取最小值，得到最优控制量序列
S16、根据最优控制量序列和翼伞的初始状态和速度，推导出规划的航迹path(t)＝(x(t),y(t),h(t))，t∈[t0,tf]；
其中：h(t)＝h0+vzt，


2.根据权利要求1所述的翼伞系统航迹规划方法，其特征在于，所述步骤S15中采用梯度下降法求解翼伞飞行时段的最优控制量序列，具体包括：
S151、设置学习率λ，容许误差e，迭代次数最大值L，控制量步长△σk；在每个子区间控制量的上下界内随机初始化控制量序列为根据计算目标函数的初始值J0；初始化迭代次数l＝0，初始化每个子区间的负梯度
S152、更新每个子区间的控制量
如果则令如果则令
根据更新后的控制量序列计算目标函数值Jl+1；
计算当前迭代的负梯度：
S153、判断是否达到迭代结束条件，所述迭代结束条件为：当前迭代次数l≥L或目标函数值变化量|Jl+1-Jl|<e；如达到迭代结束条件，则控制量序列为最优控制量序列，结束迭代；如不满足迭代结束条件，令迭代次数l＝l+1，跳转至步骤S152继续下一次迭代。


3.根据权利要求2所述的翼伞系统航迹规划方法，其特征在于，根据控制量序列[σk]计算目标函数值J的步骤为：
计算翼伞飞行时长：
根据质点模型得到规划航迹上翼伞系统着陆时刻的航向角和水平面位置：



其中
计算着陆点水平位置误差目标值J1和着陆点航向误差目标值J2；
根据翼伞飞行时段[t0,tf]内翼伞的控制量u(t)，计算控制能耗目标值J3；
计算目标函数值J＝f1J1+f2J2+f3J3。


4.航迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：
S21、根据权利要求1-3中任一项所述的翼伞系统航迹规划方法得到翼伞的规划航迹Pref(t)，t∈[t0,tf]；
S22、在时刻t计算水平面内翼伞系统与规划航迹的位置偏差向量



计算翼伞侧偏距：
计算翼伞的航向角偏差
计算翼伞的下滑角偏差：γerror(t)＝γref(t)-γ0(t)
计算翼伞的高度误差：
其中Pref(t).x、Pref(t).y为规划航迹上时刻t的水平面内x方向、y方向的坐标值；xt、yt为翼伞系统在时刻t的实际位置；为规划航迹上时刻t的航向角；为与x轴的夹角；为与规划航迹点Pref(t)处切线的夹角；为翼伞系统在时刻t的实际航向角；γref(t)为规划航迹点Pref(t)处的下滑角；γ0(t)为翼伞系统中领航翼伞在时刻t的下滑角；
S23、计算时刻t的水平面跟踪控制量和纵向跟踪控制量：



其中u1为翼伞系统的水平面跟踪控制量，通过非对称下拉来控制翼伞的水平转弯角速率实现水平面航向调...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奇，朱祥，耿砚文，王大友，周进，石春雪，郑霞，李忠华，郭丽，杨锦会，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32