基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法技术

本发明专利技术公开的基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法，属于飞行器制导与控制技术领域。本发明专利技术实现方法为：通过设计参数化攻角控制剖面，将攻角与时间作为待调参数，用于调节飞行器终端速度；对控制剖面进行光滑处理，得到满足控制量约束的攻角曲线；优化设计攻角参数，将轨迹规划问题转化为时间参数规划问题，并通过在线规划时间参数得到多约束飞行轨迹。本发明专利技术主要用于解决控制量约束及终端位置、角度、速度约束条件下的飞行轨迹快速规划问题，对初始状态扰动具有鲁棒性，能够在满足控制量约束及终端状态约束的前提下，通过求解攻角参数优化问题降低轨迹规划维度，缩短规划时间，提高规划效率。提高规划效率。提高规划效率。

【技术实现步骤摘要】
基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法


[0001]本专利技术涉及一种飞行器轨迹规划方法，尤其涉及一种基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法，属于飞行器制导与控制


技术介绍

[0002]制导技术是保证飞行器完成任务目标的关键，而轨迹规划是制导技术设计的重要环节。随着飞行任务要求的不断提高，轨迹规划在满足传统终端位置约束的基础上还需要满足终端角度、终端速度等约束。在飞行器机动能力限制(如攻角幅值约束、变化率约束等)下，给出满足多种终端约束的飞行轨迹，对于高精度着陆或打击任务的完成具有重要意义。目前，有关多约束飞行轨迹规划技术的研究通常采用优化方法(如高斯伪谱法、遗传算法等)对高维非线性规划问题进行求解。优化方法收敛性差、求解效率低，无法满足在线规划任务要求，故难以应用在实际工程中。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开的基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法要解决的技术问题为：针对多约束条件下飞行轨迹规划问题，引入控制剖面设计并对其参数化，通过控制剖面参数设计，将轨迹规划问题转化为一维参数规划问题，通过求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、建立纵向平面内的飞行轨迹约束模型，针对终端时刻的位置、角度、速度约束，将飞行轨迹分为速度控制段与位置\角度控制段，其中速度控制段采用参数化的三段式攻角控制剖面设计，位置\角度控制段采用偏置比例导引法生成控制指令；步骤二、针对攻角幅值、一阶导及二阶导的约束问题，分别对速度控制段与位置\角度控制段进行处理：在速度控制段中，设计光滑的攻角曲线，得到满足飞行器机动能力限制的控制剖面及待调的攻角参数u和时间参数t1；在位置\角度控制段中，对偏置比例导引法生成的攻角指令进行约束限制；步骤三、优化设计步骤二中得到的攻角参数u，保证飞行器在初始状态扰动下具有速度调节能力；进一步利用终端速度随时间参数的单调递减关系，将轨迹规划问题转化为时间参数t1的搜索问题；通过求解时间参数，得到控制剖面与飞行轨迹，实现多约束条件下的飞行轨迹快速规划。2.如权利要求1所述的基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法，其特征在于：步骤一实现方法为，飞行器机动行为主要集中在飞行纵向平面内，因此仅考虑纵向平面内的飞行轨迹规划；定义飞行器状态变量X＝[x,y,v,θ]
T
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(1)其中，x为飞行器射程，方向由飞行器初始位置重力矢量与地面交点指向目标点；y为飞行器高度；v为飞行器速度大小；θ为飞行器倾角；飞行器状态变量受到始末状态约束其中，t0为初始时刻，t
f
为终端时刻；X0为飞行器初始状态变量，X0＝[x0,y0,v0,θ0]
T
，x0、y0为初始位置，v0为初始速度，θ0为初始倾角；X
f
为终端状态变量，X
f
＝[x
f
,y
f
,v
f
,θ
f
]
T
，x
f
、y
f
、v
f
、θ
f
分别为目标射程、目标高度、目标落速、目标落角；针对终端角度约束，采用偏置比例导引法进行制导；在此基础上引入控制剖面设计对终端速度进行调节，得到制导律其中，α(t)为飞行器攻角，Λ(t)为攻角曲线，Γ(X)为偏置比例导引制导律；t为时间，t
s
为速度控制段与位置\角度控制段的切换时刻其中，为特征平均速度设计攻角曲线Λ(t)为“常值
‑
斜坡
‑
常值”三段式控制剖面
其中，α1、α2为攻角设计参数，t1、t2为时间设计参数。3.如权利要求2所述的基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法，其特征在于：步骤二实现方法为，飞行器攻角α在飞行过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁子璇，黄美伊，崔平远，朱圣英，徐瑞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：