[發(fā)明專(zhuān)利]基于智能自適應(yīng)優(yōu)化算法的高超聲速飛行器再入段軌跡優(yōu)化控制器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911149108.6
• 申請(qǐng)日: 2019-11-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111103795B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張倩;祁振強(qiáng);王文海;鄭總準(zhǔn);張志猛;王森;劉興高
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于智能自適應(yīng)優(yōu)化算法的高超聲速飛行器再入段軌跡優(yōu)化控制器，該控制器由飛行器海拔高度傳感器、飛行器速度傳感器、飛行器飛行航道傾角傳感器、飛行器水平飛行距離傳感器、飛行器微控制單元MCU、飛行器攻角控制器構(gòu)成。高超聲速飛行器到達(dá)再入段空域后，各傳感器開(kāi)啟，獲得飛行器海拔高度、速度、飛行航道傾角和飛行水平距離信息，MCU根據(jù)所獲得的信息自動(dòng)執(zhí)行內(nèi)部智能自適應(yīng)優(yōu)化算法，得到水平飛行距離最長(zhǎng)的軌跡優(yōu)化控制策略，并將其轉(zhuǎn)換為控制指令發(fā)送給攻角控制器執(zhí)行。本發(fā)明能夠快速地得到軌跡優(yōu)化控制策略，使高超聲速飛行器獲得更長(zhǎng)的水平飛行距離。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高超聲速飛行器再入段軌跡優(yōu)化領(lǐng)域，主要是一種基于智能自適應(yīng)優(yōu)化算法的高超聲速飛行器再入段軌跡優(yōu)化控制器。在高超聲速飛行器到達(dá)再入段后能夠給出高超聲速飛行器軌跡優(yōu)化控制策略并轉(zhuǎn)換為飛行器攻角控制指令，使高超聲速飛行器獲得更長(zhǎng)的水平飛行距離。

背景技術(shù)

高超聲速飛行器是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程快速精確打擊和全球快速到達(dá)的新型飛行器，在未來(lái)的軍事、政治和經(jīng)濟(jì)中具有十分重要的戰(zhàn)略地位，已經(jīng)成為世界航空航天領(lǐng)域一個(gè)極其重要的發(fā)展方向，研究和發(fā)展高超聲速飛行器在開(kāi)發(fā)太空和國(guó)家安全方面具有非常重要的意義。

在高超聲速飛行器的研究中，軌跡優(yōu)化不僅有利于提高飛行器飛行品質(zhì)以滿足既定任務(wù)要求，同時(shí)也是完成飛行任務(wù)的重要保證和實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)飛行的必要條件，近些年來(lái)一直受到國(guó)內(nèi)外各軍事強(qiáng)國(guó)的重視，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

由于從大氣從外緣進(jìn)入大氣層，高度和速度的變化范圍很大，高超聲速飛行器面臨各種嚴(yán)峻的再入環(huán)境，再入段軌跡優(yōu)化技術(shù)則是保證高超聲速飛行器完成飛行任務(wù)的關(guān)鍵，對(duì)提高其打擊范圍和落點(diǎn)精度具有更重要的實(shí)用價(jià)值。因此，研究高效的高超聲速飛行器再入段軌跡優(yōu)化方法顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

為了使高超聲速飛行器獲得更長(zhǎng)的水平飛行距離，提高高超聲速飛行器的打擊范圍，本發(fā)明提供了一種基于智能自適應(yīng)優(yōu)化算法的高超聲速飛行器再入段軌跡優(yōu)化控制器。

高超聲速飛行器再入段軌跡優(yōu)化問(wèn)題可以描述為

其中t表示時(shí)間，x(t)表示高超聲速飛行器的狀態(tài)變量，x₁(t)表示飛行器海拔高度、x₂(t)表示飛行器速度、x₃(t)表示飛行器飛行航道傾角、x₄(t)表示飛行器水平飛行距離，u(t)表示高超聲速飛行器的攻角控制量，為本問(wèn)題的控制變量；表示狀態(tài)變量x(t)的一階導(dǎo)數(shù)，F(xiàn)(x(t),u(t),t)是根據(jù)高超聲速飛行器再入段三維空間運(yùn)動(dòng)方程建立的微分方程組數(shù)學(xué)模型；t₀表示再入段軌跡優(yōu)化開(kāi)始的時(shí)間點(diǎn)，h₀表示優(yōu)化開(kāi)始時(shí)刻飛行器的初始海拔高度，v₀表示優(yōu)化開(kāi)始時(shí)刻飛行器的初始速度，γ₀表示優(yōu)化開(kāi)始時(shí)刻飛行器的初始飛行航道角，r₀表示優(yōu)化開(kāi)始時(shí)刻飛行器的初始水平飛行距離，t_f表示再入段軌跡優(yōu)化結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，h_f表示優(yōu)化結(jié)束時(shí)刻飛行器的海拔高度，v_f表示優(yōu)化結(jié)束時(shí)刻飛行器的速度，γ_f表示優(yōu)化結(jié)束時(shí)刻飛行器的飛行航道角；J[u(t)]表示高超聲速飛行器軌跡優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)即優(yōu)化結(jié)束時(shí)刻飛行器的水平飛行距離，G[u(t),x(t),t]是高超聲速飛行器再入段過(guò)程的約束條件，u_min和u_max表示攻角控制范圍的下限值和上限值。