一种倾转旋翼飞行器倾转路径优化方法、可读存储介质技术

本发明专利技术提供倾转旋翼飞行器倾转路径优化方法、可读存储介质，涉及飞行器飞行控制技术领域。包括步骤：建立倾转旋翼飞行器的输出状态模型，基于输出状态模型获取倾转旋翼飞行器的位置、速度、姿态、倾转角；确定倾斜旋转翼飞行器的任务需求和转换要求，基于任务需求和转换要求设计代价函数；任务需求包括初始条件及任务要求，初始条件包括位置、速度、倾转角，任务要求至少包括旋转翼飞行器的位置、速度、旋转角和倾转时间；代价函数包括末值型性能指标、过程型性能指标以及基于末值型性能指标和过程型性能指标确定的复合型性能指标；复合型性能指标用于确定倾转旋翼飞行器的倾转路径；基于头脑风暴算法优化倾转路径。基于头脑风暴算法优化倾转路径。基于头脑风暴算法优化倾转路径。

【技术实现步骤摘要】
一种倾转旋翼飞行器倾转路径优化方法、可读存储介质


[0001]本专利技术涉及飞行器飞行控制
，特别是涉及一种倾转旋翼飞行器倾转路径优化方法、可读存储介质。

技术介绍

[0002]倾转旋翼飞行器通常有直升机模态和固定翼模态，综合了直升机和固定翼两种常见飞行器的优势。模态转换及起落方式示意图如图1所示。在两种模态转换的过程为过渡模态，过渡过程有非线性时变和控制耦合等问题，为了安全平稳的转换，可以对过渡过程中倾转角曲线进行优化设计。
[0003]现有的过渡过程中的倾转角曲线大多为固定速率的线性转换曲线，即设定一个倾转旋翼飞行器的转子倾斜速率，倾转角随时间线性变化。也有用运动剖面法对倾转角进行优化设计的，通过控制速度和加速度，实现线性分段的速度轨迹，形成梯形剖面，即按恒定加速度使速度增加，直到达到指定的最大速度，保持一定时间后，再按恒定加速度使速度减小，由此设计倾转旋翼飞行器过渡过程中的倾转角曲线。
[0004]现有的倾转角曲线设计方法主要考虑倾转角变化的速度和加速度，没有考虑到倾转角变化过程中对整个倾转旋翼飞行器飞行状态的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种倾转旋翼飞行器倾转路径优化方法，优化倾转旋翼飞行器的飞行状态，与其他控制量配合更好完成倾转旋翼飞行器过渡过程。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种倾转旋翼飞行器倾转路径优化方法，包括：
[0007]S10、建立倾转旋翼飞行器的输出状态模型，基于输出状态模型获取倾转旋翼飞行器的位置、速度、姿态、倾转角；
[0008]S11、确定倾斜旋转翼飞行器的任务需求和转换要求，基于任务需求和转换要求设计代价函数；任务需求包括初始条件及任务要求，初始条件包括位置、速度、倾转角，任务要求至少包括旋转翼飞行器的位置、速度、旋转角和倾转时间；代价函数包括末值型性能指标、过程型性能指标以及基于末值型性能指标和过程型性能指标确定的复合型性能指标；复合型性能指标用于确定倾转旋翼飞行器的倾转路径；
[0009]S12、基于头脑风暴算法优化倾转路径。
[0010]采用上述技术方案的情况下，现有过渡过程中倾转角曲线大多为固定斜率，或是梯形轨迹，在设计时没有考虑到其他控制输入对过渡过程的影响。本专利技术综合考虑各个控制输入对过渡过程的倾转角曲线进行优化。倾转旋翼飞行器存在控制耦合问题，很难解耦，也很难通过手动控制各个输入来执行安全，平稳的转换并满足任务要求。本专利技术依据任务需求为倾转旋翼飞行器设计代价函数，得到优化结果后，在实际飞行的过渡过程中，无需手动输入控制飞机进行转换，倾转旋翼飞行器可以在接收到转换指令后，按任务要求自主完成过渡过程。本专利技术能够减轻飞手的操作负担，适用于不同的任务要求，改善任务完成效
果。
[0011]优选的，输出状态模型为：
[0012]x(t)＝f(u(t))
[0013]其中，u为倾转旋翼飞行器控制输入指令，x为倾转旋翼飞行器输出状态量，t为时间，f(
·
)表示整个倾转旋翼飞行器由控制输入得到状态输出的模型函数。
[0014]优选的，倾转旋翼飞行器控制输入指令u为：
[0015]u＝[u
pitch
,u
roll
,u
yaw
,u
thrust
,u
tilt
][0016]其中，u
pitch
为俯仰指令，u
roll
为滚转指令，u
yaw
为偏航指令，u
thrust
为油门指令，u
tilt
为倾转角指令；指令范围为u∈[u
min
,u
max
]，其中，
[0017]u
min
＝[u
pitch_min
,u
roll_min
,u
yaw_min
,u
thrust_min
,u
tilt_min
]为输入下限，
[0018]u
max
＝[u
pitch_max
,u
roll_max
,u
yaw_max
,u
thrust_max
,u
tilt_max
]为输入上限；
[0019]地面坐标系为O
E
x
E
y
E
z
E
，输出状态量x主要有x＝[P,V,A,δ
t
]，其中P＝[x,y,z]为飞行器位置，x,y,z为在地面坐标系中三轴坐标，V＝[v
x
,v
y
,v
z
]为飞行器速度，v
x
,v
y
,v
z
分别为三轴速度，A＝[φ,θ,ψ]为飞行器姿态，φ,θ,ψ为飞行器滚转角、俯仰角和偏航角，δ
t
为飞行器的倾转角。
[0020]优选的，末值型性能指标为Mayer型，过程型性能指标为Lagrange型，复合型性能指标为Bolza型；
[0021]其中，末值型性能指标的函数为：
[0022]M＝w
MP
||P
f
‑
P
f_d
||+w
MV
||V
f
‑
V
f_d
||+w
MA
||A
f
‑
A
f_d
||+w
Mδ
||δ
tf
‑
δ
tf_d
||
[0023]其中，P
f
,V
f
,A
f
,δ
tf
分别为t
f
时飞行器的位置、速度、姿态角和倾转角；P
f_d
,V
f_d
,A
f_d
,δ
tf_d
分别为t
f
时期望的飞行器的位置、速度、姿态角和倾转角；w
MP
,w
MV
,w
MA
,w
Mδ
是位置、速度、姿态角和倾转角在末值性能指标函数中的系数；
[0024]过程型性能指标的函数为：
[0025][0026]其中，||
·
||对变量的每个维度计算平方和，P
d
为飞行器的期望位置，V
d
为飞行器期望速度，A
d
为飞行器期望姿态角，δ
t_d
为飞行器期望倾转角。w
LP
,w
LV
,w
LA
,w
Lδ
是位置、速度、姿态角和倾转角在过程性能指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种倾转旋翼飞行器倾转路径优化方法，其特征在于，包括：S10、建立倾转旋翼飞行器的输出状态模型，基于所述输出状态模型获取所述倾转旋翼飞行器的位置、速度、姿态、倾转角；S11、确定倾斜旋转翼飞行器的任务需求和转换要求，基于所述任务需求和转换要求设计代价函数；所述任务需求包括初始条件及任务要求，所述初始条件包括括位置、速度、倾转角，所述任务要求至少包括所述旋转翼飞行器的位置、速度、旋转角和倾转时间；所述代价函数包括末值型性能指标、过程型性能指标以及基于所述末值型性能指标和过程型性能指标确定的复合型性能指标；所述复合型性能指标用于确定倾转旋翼飞行器的倾转路径；S12、基于头脑风暴算法优化所述倾转路径。2.根据权利要求1所述的倾转旋翼飞行器倾转路径优化方法，其特征在于，所述输出状态模型为：x(t)＝f(u(t))其中，u为倾转旋翼飞行器控制输入指令，x为倾转旋翼飞行器输出状态量，t为时间，f(
·
)表示整个倾转旋翼飞行器由控制输入得到状态输出的模型函数。3.根据权利要求2所述的倾转旋翼飞行器倾转路径优化方法，其特征在于，倾转旋翼飞行器控制输入指令u为：u＝[u
pitch
,u
roll
,u
yaw
,u
thrust
,u
tilt
]其中，u
pitch
为俯仰指令，u
roll
为滚转指令，u
yaw
为偏航指令，u
thrust
为油门指令，u
tilt
为倾转角指令；指令范围为u∈[u
min
,u
max
]，其中，u
min
＝[u
pitch_min
,u
roll_min
,u
yaw_min
,u
thrust_min
,u
tilt_min
]为输入下限，u
max
＝[u
pitch_max
,u
roll_max
,u
yaw_max
,u
thrust_max
,u
tilt_max
]为输入上限；地面坐标系为O
E
x
E
y
E
z
E
，输出状态量x主要有x＝[P,V,A,δ
t
]，其中P＝[x,y,z]为飞行器位置，x,y,z为在地面坐标系中三轴坐标，V＝[v
x
,v
y
,v
z
]为飞行器速度，v
x
,v
y
,v
z
分别为三轴速度，A＝[φ,θ,ψ]为飞行器姿态，φ,θ,ψ为飞行器滚转角、俯仰角和偏航角，δ
t
为飞行器的倾转角。4.根据权利要求1所述的倾转旋翼飞行器倾转路径优化方法，其特征在于，末值型性能指标为Mayer型，过程型性能指标为Lagrange型，复合型性能指标为Bolza型；其中，末值型性能指标的函数为：M＝w
MP
||P
f
‑
P
f_d
||+w
MV
||V
f
‑
V
f_d
||+w
MA
||A
f
‑
A
f_d
||+w
Mδ
||δ
tf
‑
δ
tf_d
||其中，P
f
,V
f
,A
f
,δ
tf
分别为t
f
时飞行器的位置、速度、姿态角和倾转角；P
f_d
,V
f_d
,A
f_d
,δ
tf_d
分别为t
f
时期望的飞行器的位置、速度、姿态角和倾转角；w
MP
,w
MV
,w
MA
,w
Mδ
是位置、速度、姿态角和倾转角在末值性能指标函数中的系数；过程型性能指标的函数为：其中，||
·
||对变量的每个维度计算平方和，P
d
为飞行器的期望位置，V
d
为飞行器期望速度，A
d
为飞行器期望姿态角，δ
t_d
为飞行器期望倾转角。w
LP
,w
LV
,w
LA
,w
Lδ
是位置、速度、姿态角和倾转角在过程性能指标函数中的系数；复合型性能指标的函数为：
其中，t0为初始时刻，t
f
为末端时刻，J表示任务对应的性能指标函数，也是代价函数。其中M
may
(x(t
f
)，t
f
)是Mayer型性能指标，与末端状态和时间有关；是La...

【专利技术属性】
技术研发人员：张田，武梅丽文，王晓东，宋勋，马东营，
申请(专利权)人：北京电子工程总体研究所，
类型：发明
国别省市：