[發(fā)明專(zhuān)利]面向高機(jī)動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)的飛行動(dòng)作控制裝置及訓(xùn)練方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911364796.8
• 申請(qǐng)日: 2019-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110989649B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樸海音;孫智孝;孫陽(yáng);彭宣淇;楊晟琦;李思凝;費(fèi)思邈;閆傳博;姚宗信;劉仲;葛俊;史貴超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/08
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/08;G05D1/10;G06N3/04;G06N3/092
• 代理公司: 北京航信高科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

本申請(qǐng)屬于無(wú)人機(jī)飛行器控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種面向高機(jī)動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)的飛行動(dòng)作控制裝置及訓(xùn)練方法；控制裝置包括：上層控制器，用于宏觀無(wú)人機(jī)飛行動(dòng)作選擇；下層控制器，用于對(duì)上層選擇的飛行動(dòng)作進(jìn)行相對(duì)精細(xì)的連續(xù)引導(dǎo)指令優(yōu)化；控制裝置的訓(xùn)練方法包括如下步驟：對(duì)上層控制器和下層控制器進(jìn)行雙層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制；對(duì)所述上層控制器和下層控制器進(jìn)行雙層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。本申請(qǐng)的面向高機(jī)動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)的飛行動(dòng)作控制裝置及訓(xùn)練方法，通過(guò)上下兩層指令協(xié)調(diào)控制，避免了只控制飛行軌跡產(chǎn)生的較大的指令滯后；另外，通過(guò)分層強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法，避免人為設(shè)計(jì)只能覆蓋數(shù)個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)導(dǎo)致的局限性，且能夠適應(yīng)場(chǎng)景發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)控制器自學(xué)習(xí)和自演化。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于無(wú)人機(jī)飛行器控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種面向高機(jī)動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)的飛行動(dòng)作控制裝置及訓(xùn)練方法。

背景技術(shù)

飛行動(dòng)作，尤其是基本戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)是現(xiàn)代固定翼戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)飛行的基本構(gòu)成單元。傳統(tǒng)的有人駕駛飛機(jī)主要通過(guò)飛行員操縱駕駛桿、油門(mén)桿和方向舵來(lái)完成機(jī)動(dòng)飛行動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)完整的飛行或?qū)谷蝿?wù)。

而現(xiàn)有固定翼無(wú)人機(jī)的主要飛行控制模式是針對(duì)軌跡跟蹤設(shè)計(jì)的，并不完全適用于高機(jī)動(dòng)飛行，這主要是由以下幾個(gè)缺點(diǎn)造成的：

1)現(xiàn)有固定翼無(wú)人機(jī)模式是通過(guò)給定航點(diǎn)或航線進(jìn)行航跡跟蹤，由于飛機(jī)跟蹤目標(biāo)航線相對(duì)于跟蹤更為內(nèi)環(huán)的指令過(guò)載、指令角速度等控制量有較大的指令滯后，因此導(dǎo)致現(xiàn)有方法無(wú)法適應(yīng)高機(jī)動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)做機(jī)動(dòng)飛行；

2)已有固定翼無(wú)人機(jī)控制器控制模式為人類(lèi)專(zhuān)家根據(jù)具體場(chǎng)景預(yù)先設(shè)計(jì)設(shè)定，一旦場(chǎng)景發(fā)生變化，則飛行軌跡控制模式無(wú)法自適應(yīng)調(diào)整與進(jìn)化。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題至少之一，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N面向高機(jī)動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)的飛行動(dòng)作控制裝置及訓(xùn)練方法。

第一方面，本申請(qǐng)公開(kāi)了本申請(qǐng)公開(kāi)了一種面向高機(jī)動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)的飛行動(dòng)作控制裝置，包括：

上層控制器，用于宏觀無(wú)人機(jī)飛行動(dòng)作選擇；

下層控制器，用于對(duì)上層選擇的飛行動(dòng)作進(jìn)行相對(duì)精細(xì)的連續(xù)引導(dǎo)指令優(yōu)化。

根據(jù)本申請(qǐng)的至少一個(gè)實(shí)施方式，所述上層控制器用于宏觀無(wú)人機(jī)飛行動(dòng)作選擇包括：

選擇飛行動(dòng)作，以及輸入飛行狀態(tài)向量S，輸出離散的One-Hot編碼機(jī)動(dòng)控制向量。

根據(jù)本申請(qǐng)的至少一個(gè)實(shí)施方式，所述下層控制器用于對(duì)上層選擇的飛行動(dòng)作進(jìn)行相對(duì)精細(xì)的連續(xù)引導(dǎo)指令優(yōu)化包括：

根據(jù)上層控制器輸出的One-Hot編碼機(jī)動(dòng)控制向量和飛行狀態(tài)向量S進(jìn)行連續(xù)引導(dǎo)控制量解算，輸出引導(dǎo)控制指令；其中

通過(guò)上層控制器、下層控制器兩層指令協(xié)調(diào)生成內(nèi)外環(huán)綜合控制指令，能夠控制外環(huán)指令以及調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)高動(dòng)態(tài)連續(xù)指令。

根據(jù)本申請(qǐng)的至少一個(gè)實(shí)施方式，所述外環(huán)指令至少包括指令速度、指令航向；所述內(nèi)環(huán)高動(dòng)態(tài)連續(xù)指令至少包括指令角速度、指令過(guò)載。

第二方面，本申請(qǐng)還公開(kāi)了一種面向高機(jī)動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)的飛行動(dòng)作控制裝置的訓(xùn)練方法，包括如下步驟：

步驟一、對(duì)上層控制器和下層控制器進(jìn)行雙層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制；

步驟二、對(duì)上層控制器和下層控制器進(jìn)行雙層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。

根據(jù)本申請(qǐng)的至少一個(gè)實(shí)施方式，所述步驟一包括：

步驟1.1、建立雙層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，第一層作為機(jī)動(dòng)編碼meta-controller，負(fù)責(zé)宏觀無(wú)人機(jī)飛行動(dòng)作選擇；

步驟1.2、第二層是低級(jí)別steer-controller，根據(jù)機(jī)動(dòng)編碼meta-controller給出的飛行動(dòng)作，選擇對(duì)應(yīng)的指令進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，輸出最終的action指令；