[發(fā)明專利]基于鴿群智能優(yōu)化動態(tài)逆控制的無人機(jī)軌跡跟蹤制導(dǎo)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111148107.7
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113821054A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏晨;余泓浩;段海濱
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于鴿群智能優(yōu)化動態(tài)逆控制的無人機(jī)軌跡跟蹤制導(dǎo)方法，其特征在于：該方法步驟如下：

步驟一：無人機(jī)的軌跡跟蹤制導(dǎo)控制建模

不加推導(dǎo)的給出各狀態(tài)向量的動態(tài)方程的數(shù)學(xué)模型

步驟二：無人機(jī)動態(tài)逆控制建模

不加推導(dǎo)的給出無人機(jī)的系統(tǒng)方程和動態(tài)逆控制方程

步驟三：無人機(jī)四回路軌跡跟蹤制導(dǎo)控制建模

所述的四回路包括：位置控制回路、飛行軌跡控制回路、姿態(tài)控制回路及角速率控制回路；

步驟四：鴿群智能優(yōu)化無人機(jī)對航路的軌跡跟蹤制導(dǎo)

通過模仿自然界中鴿子歸巢行為提出了鴿群優(yōu)化，利用鴿群算法優(yōu)化無人機(jī)在位置控制回路跟蹤參考位置信息的過程，使無人機(jī)實(shí)際軌跡更快地朝最優(yōu)位置收斂；根據(jù)不同飛行階段的導(dǎo)航工具的不同，仿鴿群智能分為兩個階段，分別是：地圖和指南針?biāo)阕与A段、以及地標(biāo)算子階段；其中，地圖和指南針?biāo)阕与A段模仿太陽和地磁場的導(dǎo)航作用，地標(biāo)算子階段模仿地標(biāo)的導(dǎo)航作用，利用鴿群智能算法在無人機(jī)的位置跟蹤回路中實(shí)時進(jìn)行最優(yōu)參考位置的更新，使得無人機(jī)能夠快速收斂至理想航路，具體如下：

假設(shè)種群規(guī)模為N_G，地圖和指南針?biāo)阕与A段最大迭代次數(shù)為T_max1，個體i的速度和位置分別記作V_i(t)＝{v_i,1(t),v_i,2(t),...,v_i,N(t)}，X_i(t)＝{x_i,1(t),x_i,2(t),...,x_i,N(t)}，該階段速度和位置的更新表示為：

V_i(t+1)＝V_i(t)·e^-R·t+rand·(X_g(t)-X_i(t)) (23)

X_i(t+1)＝X_i(t)+V_i(t+1) (24)

其中，t表示迭代次數(shù)，R表示地圖和指南針因子，N表示解空間的維度，在這里其含義與航路點(diǎn)的個數(shù)相同，rand∈(0,1)，X_g(·)表示全局最優(yōu)解；

當(dāng)?shù)螖?shù)tT_max1時，循環(huán)迭代進(jìn)入地標(biāo)算子階段，否者，繼續(xù)執(zhí)行地圖和指南針?biāo)阕与A段循環(huán)；

假設(shè)地標(biāo)算子階段的最大迭代次數(shù)為T_max2，個體按照適應(yīng)度值大小進(jìn)行排序，僅較優(yōu)個體保留，因此，每次迭代之后種群數(shù)減半；同時，個體朝著保留個體的中心位置靠近，該階段的位置更新表示為：

N_G(t+1)＝N_G(t)/2 (25)

X_i(t+1)＝X_i(t)+rand·(X_c(t)-X_i(t)) (26)

其中，X_c(·)表示剩下較優(yōu)個體的中心位置，S(·)表示較優(yōu)個體構(gòu)成的集合，f(·)表示代價函數(shù)；

當(dāng)?shù)螖?shù)t(T_max1+T_max2)時，結(jié)束循環(huán)，輸出優(yōu)化結(jié)果；否者繼續(xù)執(zhí)行地標(biāo)算子階段循環(huán)；

步驟五：輸出無人機(jī)軌跡跟蹤結(jié)果

輸出無人機(jī)對預(yù)定軌跡的三維狀態(tài)下以及各姿態(tài)、運(yùn)動參數(shù)的跟蹤制導(dǎo)仿真結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鴿群智能優(yōu)化動態(tài)逆控制的無人機(jī)軌跡跟蹤制導(dǎo)方法，其特征在于：所述的無人機(jī)位置控制回路的建模過程如下：

不加推導(dǎo)的給出參考位置變量表達(dá)式：

無人機(jī)位置控制回路為飛行軌跡控制回路產(chǎn)生的輸出χ^des，γ^des表示為：