[發(fā)明專利]帶有自適應策略的滾動時域優(yōu)化無人機航跡規(guī)劃方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810886902.8
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN110806691A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李建勛;張哲
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/10
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種帶有自適應策略的滾動時域優(yōu)化無人機航跡規(guī)劃方法，通過引入滾動時域優(yōu)化框架來縮減問題的規(guī)模，同時通過合理地選擇時域，在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上減小計算時間，在滾動時域優(yōu)化的框架可以自適應地計算下一次迭代的滾動時域，在滿足時間要求的基礎(chǔ)上減小成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種無人機控制領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種帶有自適應策略的滾動時域優(yōu)化無人機航跡規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

路徑規(guī)劃是指基于特定的評價系統(tǒng)，尋找一條滿足特定約束的從起始點到終止點的路徑。路徑規(guī)劃可以廣泛應用在機器人、無人機、水面艦艇等工具中。航跡規(guī)劃是路徑規(guī)劃的一種，但由于航行器的自身特點和飛行環(huán)境的復雜性，其比路徑規(guī)劃要更為復雜。無人機航跡規(guī)劃是指基于無人機的自身性能、任務(wù)時間、能源消耗、敵方信息、地形環(huán)境、氣候條件等因素規(guī)劃出一條或多條安全的飛行路線。

現(xiàn)有的無人機航跡規(guī)劃問題通常被建模成混合整數(shù)線性規(guī)劃問題，當變量數(shù)目增加時，計算時間會呈指數(shù)形式增長，因此，如何有效地約減或控制問題的規(guī)模就顯得十分重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種帶有自適應策略的滾動時域優(yōu)化無人機航跡規(guī)劃方法，通過引入滾動時域優(yōu)化框架來縮減問題的規(guī)模，同時通過合理地選擇時域，在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上減小計算時間，在滾動時域優(yōu)化的框架可以自適應地計算下一次迭代的滾動時域，在滿足時間要求的基礎(chǔ)上減小成本。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種帶有自適應策略的滾動時域優(yōu)化無人機航跡規(guī)劃方法，包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)無人機航跡規(guī)劃問題的目標函數(shù)、系統(tǒng)方程、狀態(tài)約束、控制約束、避障約束、始末段約束建立無人機航跡規(guī)劃問題的線性最優(yōu)控制模型，具體為：設(shè)定無人機的在第k步的狀態(tài)變量為x_k，在第k步的狀態(tài)變量為u_k，建立無人航跡規(guī)劃問題的線性最優(yōu)控制模型。

所述的無人航跡規(guī)劃問題的線性最優(yōu)控制模型具體為：

其中：J為目標函數(shù)，x為狀態(tài)變量，

s.t.x_i+1＝Ax_i+Bu_i

x_i∈X,i＝1,...,N^*

u_i∈U,i＝0,...,N^*-1

x₁＝x_ini,u₀＝u_ini

u為控制輸入，當前的時間步為k，當前時間步為i，末端時間步為N^*，a,b,c為成本系數(shù)，x_f為目標終點，A,B為常數(shù)矩陣用來描述系統(tǒng)方程，X是狀態(tài)變量的可行域，U是控制輸入的可行域，O為障礙物范圍，x_ini,u_ini為當前時間步的初始條件。

步驟二、將線性最優(yōu)控制模型中的狀態(tài)變量和控制變量轉(zhuǎn)化為參考預測形式，并將其引入滾動時域優(yōu)化框架下，具體為：引入變量的參考預測形式：x_k+i|k和u_k+i|k，表示當前的時間步為k，滾動時域為i，時域內(nèi)末端時間步為k+i，將上述形式引入到無人機航跡規(guī)劃問題的線性最優(yōu)控制模型中，形成無人機航跡規(guī)劃問題的滾動時域優(yōu)化模型。

所述的無人機航跡規(guī)劃問題的滾動時域優(yōu)化模型為：