[發明專利]一種不確定條件下的變構型飛行器指令魯棒優化設計方法

在審

• 申請號: 202211444860.5
• 申請日: 2022-11-18
• 公開（公告）號: CN115774900A
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 劉燕斌;吉曉亮;陳柏屹
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06N7/01;G06F111/04;G06F111/08;G06F111/10;G06F119/06;G06F119/14;G06F119/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種不確定條件下的變構型飛行器指令魯棒優化設計方法，包括如下步驟：設計飛行器變構型調節策略，構建飛行器動力學模型，采用模型敏感度分析方法，確定飛行器變構型調節的代理模型；量化飛行過程中的不確定項，表征飛行器模型不確定性的傳播方式，推演出變構型飛行器不確定性的具體形式；確定變構型飛行器優化性能指標，構建出變構型飛行器模型特性對閉環極限性能的約束關系，設計變構型飛行器指令的分層迭代策略，解算出不確定性條件下變構型飛行器的任務指令；采用數值仿真驗證變構型飛行器所獲得任務指令的有效性。本發明能夠量化不確定性的影響，滿足變構型飛行器不確定條件下的復雜任務要求。

技術領域

本發明涉及變構型飛行器設計技術領域，尤其是一種不確定條件下的變構型飛行器指令魯棒優化設計方法。

背景技術

變構型飛行器運行環境更為復雜，難以精確描述其動力學特性，加之各種隨機干擾使得模型具有大的不確定性。更為重要的是，變構型飛行器受到結構承載和推進效率的限制，需要對飛行狀態尤其是攻角、側滑角等進行嚴格約束，同時還應滿足舵面飽和、熱壅塞等多重約束條件，亟待突破不確定條件下變構型飛行器任務指令的魯棒優化技術，為工程應用提供有價值的設計方法。

變構型飛行器任務包線更大，系統存在明顯的多約束強耦合關系，同時飛行器受到外界強不確定擾動的影響，模型參數易變，標稱情況下的優化結果往往不滿足于實際的性能需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種不確定條件下的變構型飛行器指令魯棒優化設計方法，量化不確定性的影響，將變構模型參數的不確定性融入到優化設計中形成迭代，獲得飛行器的任務指令，滿足變構型飛行器不確定條件下的復雜任務要求。

為解決上述技術問題，本發明提供一種不確定條件下的變構型飛行器指令魯棒優化設計方法，包括如下步驟：

步驟1、設計飛行器變構型調節策略，構建飛行器動力學模型，采用模型敏感度分析方法，確定飛行器變構型調節的代理模型；

步驟2、量化飛行過程中的不確定項，表征飛行器模型不確定性的傳播方式，推演出變構型飛行器不確定性的具體形式；

步驟3、確定變構型飛行器優化性能指標，構建出變構型飛行器模型特性對閉環極限性能的約束關系，設計變構型飛行器指令的分層迭代策略，解算出不確定性條件下變構型飛行器的任務指令；

步驟4、采用數值仿真驗證變構型飛行器所獲得任務指令的有效性。

優選的，步驟1中，設計飛行器變構型調節策略，構建飛行器動力學模型，采用模型敏感度分析方法，確定飛行器變構型調節的代理模型具體包括如下步驟：

步驟11、針對飛行器構型，給出飛行過程中的動壓、過載和熱流多約束條件，采用工程估算方法估算飛行器的氣動力，對飛行器幾何外形進行網格劃分，生成若干面元，據飛行狀態，面元參數以及激波/膨脹波理論獲得的各面元的來流參數，以及面元距前緣距離和非穩態速度面元數據，得到每個面元上總氣動力和總壓，對所有面元的力和力矩進行求和，計算出最終的氣動力和力矩；

確定飛行器飛行過程的受力與力矩同變構型參數與飛行狀態之間的函數關系，結合拉格朗日方程、虛功原理和密歇爾斯基等式，構建變構型飛行器的動力學模型，

式中，V和ω分別為飛行器的線速度和角速度，m和J分別表示質量和轉動慣量矩陣，F和M為飛行器的氣動力和力矩，δ是構型參數；

步驟12、針對構建的變構型飛行器模型數據庫和非線性數學模型，采用拉丁超方采樣方法，優選模型數據庫中合理的樣本點，通過改變數據排列順序提高采樣性能，進而對樣本勢能進行優化，引入物理中電場電勢的含義，通過整個樣本空間內的電勢大小E_e進行評價