[發明專利]一種高超聲速飛行器下壓段自適應偽譜法軌跡優化方法

有效

• 申請號: 202110439508.1
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN112947534B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 李元凱;馮欣樂;呂雅麗;高陽
• 申請（專利權）人: 成都凱天通導科技有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 成都天匯致遠知識產權代理事務所(普通合伙) 51264
• 代理人: 韓曉銀

1.一種高超聲速飛行器下壓段自適應偽譜法軌跡優化方法，其特征在于，包括如下步驟：

S0，建立高超聲速飛行器下壓段的運動模型，其中：運動模型包括質心運動和繞質心轉動的動力學模型、質心運動和繞質心轉動的運動學模型兩部分；

S1、建立高超聲速飛行器下壓段的動力學模型和運動學模型；其中：

運動學模型的運動學方程包括：

上式中，x是射程，h為高度，v為速度，γ為航跡角，θ為俯仰角，q為俯仰角速率，m為質量，T為推力，D為阻力，L為升力，α為攻角，My為俯仰力矩，Iy為轉動慣量，mc為質量變化率；且：

上式中：?為動壓，D為阻力，L為升力，My為俯仰力矩，ρ為空氣密度，v為速度，Cd為阻力系數，Cl為升力系數，Cm為俯仰力矩系數；

S2、設定高超聲速飛行器下壓段的約束條件，包括動壓約束、法向過載約束、端點約束和控制量約束；其中：

下壓段動壓約束為20kPa～420kPa；

下壓段法向過載約束為0～7；

下壓段控制量約束為-6°～6°；

S3、運用數值方法自適應Radau偽譜法將最優控制問題轉化為非線性規劃問題，分別以最大射程和最短時間為性能指標來進行優化；

S4、運用數值優化方法序列二次規劃算法求解非線性規劃問題。

2.根據權利要求1所述的一種高超聲速飛行器下壓段自適應偽譜法軌跡優化方法，其特征在于，S3中，運用數值方法自適應Radau偽譜法將最優控制問題轉化為非線性規劃問題，此方法具體步驟為：

S31、在求解連續最優控制問題時，將整個過程劃分為多個單元；

S32、每個單元再運用Radau偽譜法進行離散近似和參數化，采用全局插值多項式的有限基，在一系列離散點上近似狀態變量和控制變量，進而將連續最優控制問題轉化為非線性規劃問題；

S33、所分單元的數目和每個單元近似用的多項式的階數即配點數，采用一種自適應的策略獲得，單元是否需要細分或者配點數是否需要增加，是由每兩個配點中點處對應的狀態量和控制量對運動方程組約束的滿足程度決定。

3.根據權利要求1所述的一種高超聲速飛行器下壓段自適應偽譜法軌跡優化方法，其特征在于，S4中，運用數值優化方法序列二次規劃算法求解非線性規劃問題，此方法具體步驟為：

S41、給定初始點及收斂精度；

S42、求解一個二次規劃子問題來確定一個下降方向；

S43、通過減少價值函數來獲取當前迭代點的移動步長；

S44、重復這些步驟直到滿足給定精度的終止準則，得到原問題的最優解。

4.根據權利要求1～3之一所述的一種高超聲速飛行器下壓段自適應偽譜法軌跡優化方法，其特征在于，S1中，所述高超聲速飛行器下壓段的整個過程，采用無動力飛行，僅考慮縱向平面內的運動，飛行過程中推力和飛行器質量變化率均為零。