一种基于优先级的非完整自主体甲板协同调运路径规划方法技术

一种基于优先级的非完整自主体甲板协同调运路径规划方法，属于路径规划技术领域。步骤如下：首先，将所有参与调运任务的自主体开始调运时间均预设为0s。然后，采用最优控制方法依次离线计算出各个自主体调运的离线路径。最后，采用穷举法列出所有的优先级排序方案，针对每一种排序方案，分别基于各个自主体的离线路径及优先级方法优化出各自主体的实际调运时间、所有自主体完成调运作业所需耗费的总时间，从所有排序方案中选择耗费总时间最短的作为最优方案，各自主体以最优方案中优化出的实际滑出时间作为出发时间，并沿着各自的离线路径进行调运。本发明专利技术能够快速的实现多同构/异构自主体在甲板上的协同路径规划，得出满足各种约束关系且平滑的路径。各种约束关系且平滑的路径。各种约束关系且平滑的路径。

【技术实现步骤摘要】
一种基于优先级的非完整自主体甲板协同调运路径规划方法


[0001]本专利技术属于非完整自主体甲板协同调运路径规划
，涉及一种基于优先级的非完整自主体甲板协同调运路径规划方法。

技术介绍

[0002]航母自从问世以来，就成为一个国家军事力量和水平的重要象征。其作战能力一方面取决于自身的性能，另一方面取决于其出动回收能力。作为贯穿出动回收过程的重要环节，调运作业旨在使被调运对象高效、安全地到达起飞站位、保障点、停机位等位置以完成飞行或保障任务，其所针对的对象主要包括舰载特种车辆、自主体、无杆牵引系统、有杆牵引系统这4大类。虽然这4类运动体结构各异，但均是受非完整约束的系统，因此均可被视为非完整自主体。而如何在狭小的甲板空间及复杂作业环境下实现非完整多自主体之间的有效协同调运，以确保各阶段作业协调、安全、高效，是提高航母出动回收能力的关键问题。
[0003]相较于单个自主体的轨迹规划问题，多自主体的协同轨迹规划问题复杂度更高，尤其是需要考虑其非线性动力学/运动学、控制以及状态约束时，其规划就会变得更加困难，而狭小、复杂的甲板环境会使求解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于优先级的非完整自主体甲板协同调运路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，确定需调运的非完整自主体数量N，将所有自主体的开始滑出时间均预设为0s；步骤2，基于各自主体的起始状态、末端状态，采用最优控制方法分别计算出各自主体的离线路径，得出由各自主体横坐标、纵坐标、角度及时间所构成的4维路径数据；其中，在采用最优控制方法对某个自主体离线路径进行计算时，其余自主体均被视为一直停在起始位置上的静态障碍物；采用最优控制方法计算离线路径的具体步骤为：步骤2
‑
1：建立非完整自主体调运的运动学方程建立描述非完整自主体调运的状态空间x，并确定控制变量u，建立如下的非完整自主体调运运动学方程：其中，t为时间变量；步骤2
‑
2：确定非完整自主体调运过程中的状态和控制约束将非完整自主体调运过程中对状态变量和控制变量施加的约束表示为如下不等式形式：C(x,u,t)≤0
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(2)步骤2
‑
3：建立避障约束模型非完整自主体和障碍物的避碰约束均采用下列连续函数进行描述：其中，(x
oh
,y
oh
)分别表示第h个障碍物几何中心的位置坐标；D表示飞机后轮中心与描述非完整自主体轮廓的特征圆圆心之间的距离；dist表示安全间隔距离；a
h
、b
h
、p
h
分别为第h个障碍物的长轴、短轴、外形参数；r
i
为描述非完整自主体特征圆的半径；当p
h
＝1时障碍物为菱形，当p
h
＝2时障碍物为圆形，当p
h
＞2时障碍物近似为矩形；则非完整自主体与所有障碍物的避碰约束可表示为如下矩阵形式：H(x,t)≤0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)步骤2
‑
4：确定单个非完整自主体调运轨迹规划的边界条件记非完整自主体开始调运时刻和终端时刻分别为t
s
与t
f
，非完整自主体在初始时刻与终端时刻的状态分别为x
s
与x
f
，则单个非完整自主体调运轨迹规划问题的边界条件为：x(t
s
)＝x
s
,x(t
f
)＝x
f
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(5)步骤2
‑
5：建立单个非完整自主体调运的最优控制模型根据公式(1)、(2)、(4)及公式(5)，建立如下的时间
‑
能量最优控制问题：
其中，w为终端时间权重因子；步骤2
‑
6：最优控制模型的求解根据公式(6)，采用最优控制算法对其进行求解，优化出最小末端时间及对应的4维路径数据；步骤3，采用穷举法列出所有的优先级排序方案，针对每一种排序方案，分别基于优先级方法优化出各自主体的实际开始调运时间、所有自主体完成调运作业所需耗费的总时间，从所有排序方案中选择耗费总时间最短的方案作为最优方案，各自主体以最优方案中优化出的实际开始调运时间作为出发时间，并沿着各自的离线路径进行调运；基于优先级方法优化各自主体实际开始调运时间、所有自主体完成调运作业所需耗费总时间的具体步骤为：步骤3
‑
1：生成优先级排序方案；将N个待调运自主体分别编号为1、2、3、
…
、N，对1、2、3、
…
、N这N个数进行全排列，生成M种排列方案，其中M≥1,M∈N
+
，可构成排序方案集合P＝{P1,P2,
…
,P
N！
}，其中P
i
＝[P
i1
,P
i2
,
…
,P
iN
]，i＝1,2,
…
,M，P
ij
(j＝1,2,
…
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洁，董献洲，刘纯，贾珺，徐浩，樊硕，彭超，乐剑，雷霆，邱凯，施展，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院战争研究院，
类型：发明
国别省市：