[發(fā)明專利]進化-配點混合多目標彈道優(yōu)化方法及其裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910030386.3
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109753743B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 豐志偉;張青斌;彭悟宇;楊濤;葛建全;張斌;黃浩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 長沙國科天河知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發(fā)明提供一種進化?配點混合多目標彈道優(yōu)化方法及其裝置，該方法包括以下步驟：將彈道優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為多目標優(yōu)化問題，通過采用打靶法對控制量進行離散，得到第一子問題，采用配點法離散控制量和狀態(tài)量，得到第二子問題；采用MOEA/D對第一子問題進行優(yōu)化，獲得全局多目標最優(yōu)解和粗略Pareto前沿；對配點法得到的第二子問題采用分解方法得到非線性規(guī)劃問題，采用非線性規(guī)劃算法進行求解，以MOEA/D得到的控制量和狀態(tài)量作為初始解進行優(yōu)化迭代，采用節(jié)點自適應(yīng)算法進行網(wǎng)格自適應(yīng)加密提高求解精度。該發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中多目標優(yōu)化方法，進行全局優(yōu)化時難以兼顧效率和精度的技術(shù)問題。本發(fā)明的又一方面還提供了該方法的裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種進化-配點混合多目標彈道優(yōu)化方法及其裝置。

背景技術(shù)

高超聲速滑翔飛行器具有高速度、高機動、長航程等諸多優(yōu)勢，將成為未來飛行器的一個重要發(fā)展方向。彈道優(yōu)化技術(shù)是高超聲速滑翔飛行器的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著研究的不斷深入，在進行高超聲速滑翔飛行器彈道設(shè)計時，不僅要考慮飛行器在飛行過程中受到的氣動熱、動壓、過載、控制量、終端約束等復雜約束條件的限制，還需要考慮面向具體任務(wù)的要求，如航路點、禁飛區(qū)等。

面對諸多性能指標，設(shè)計者往往不能僅追求單個指標最優(yōu)，而是需要同時考慮多個相關(guān)的性能指標，利用多目標優(yōu)化方法進行求解，獲得Pareto最優(yōu)解(也稱帕累托效率)，從而對各個指標進行權(quán)衡和折中。

對于高超聲速滑翔飛行器的多目標彈道優(yōu)化問題而言，工程上常用的方法是利用偏好(權(quán)重)信息，將多個目標聚合為單個目標，并采用成熟的單目標優(yōu)化方法進行求解。主要優(yōu)化方法包括加權(quán)法、理想點法、物理規(guī)劃法、主要目標法等。基于偏好的方法每次只能優(yōu)化得到一個解，無法得到整個Pareto前沿。為了獲得多個Pareto最優(yōu)解，通常需要采用多目標優(yōu)化方法來進行設(shè)計。

主要優(yōu)化方法包括各種多目標進化方法、多目標粒子群方法等。然而當控制變量和目標函數(shù)較多時，采用多目標優(yōu)化方法進行全局優(yōu)化又難以兼顧效率和精度，難以用于工程實踐。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種進化-配點混合多目標彈道優(yōu)化方法及其裝置，該發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中多目標優(yōu)化方法，進行全局優(yōu)化時難以兼顧效率和精度的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供一種進化-配點混合多目標彈道優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟S100：定義狀態(tài)方程，得到狀態(tài)量，確定控制量、優(yōu)化目標和約束條件；

步驟S200：通過采用打靶法對所述控制量進行離散，得到第一子問題，采用配點法離散控制量和狀態(tài)量，得到第二子問題；

步驟S300：采用MOEA/D對所述第一子問題進行優(yōu)化計算，獲得全局多目標最優(yōu)解和粗略Pareto前沿；

步驟S400：對所述第二子問題采用分解方法得到非線性規(guī)劃問題，采用非線性規(guī)劃算法求解所述非線性規(guī)劃問題，以MOEA/D得到的全局多目標最優(yōu)解和粗略Pareto前沿作為初始解進行優(yōu)化迭代，采用節(jié)點自適應(yīng)算法進行網(wǎng)格自適應(yīng)加密。

打靶法對控制變量進行離散，一般采用分段線性插值來近似節(jié)點間的控制變量的值就可獲得較高的精度。配點法首先將時間離散，對控制變量參數(shù)化。再以節(jié)點處的狀態(tài)變量和控制變量以及配點處的控制變量作為優(yōu)化設(shè)計變量，從而轉(zhuǎn)換為一般的非線性規(guī)劃問題。

優(yōu)選地，步驟S100包括以下步驟：

步驟S110：建立飛行器三自由度運動方程，確定優(yōu)化目標及控制量；

步驟S120：建立所述飛行器的駐點熱流密度約束、過載約束和動壓約束等。

優(yōu)選地，約束條件包括擬平衡滑翔約束、禁飛區(qū)約束、控制量約束、終端約束。

優(yōu)選地，所述步驟S200包括以下步驟：