申请/专利权人：北京理工大学

申请日：2021-08-30

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN113805599B

主分类号：G05D1/495

分类号：G05D1/495;G05D1/46;G05D101/10;G05D109/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2022.01.04#实质审查的生效;2021.12.17#公开

摘要：本发明公开的基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法，属于飞行器制导与控制技术领域。本发明实现方法为：通过设计参数化攻角控制剖面，将攻角与时间作为待调参数，用于调节飞行器终端速度；对控制剖面进行光滑处理，得到满足控制量约束的攻角曲线；优化设计攻角参数，将轨迹规划问题转化为时间参数规划问题，并通过在线规划时间参数得到多约束飞行轨迹。本发明主要用于解决控制量约束及终端位置、角度、速度约束条件下的飞行轨迹快速规划问题，对初始状态扰动具有鲁棒性，能够在满足控制量约束及终端状态约束的前提下，通过求解攻角参数优化问题降低轨迹规划维度，缩短规划时间，提高规划效率。

主权项：1.基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、建立纵向平面内的飞行轨迹约束模型，针对终端时刻的位置、角度、速度约束，将飞行轨迹分为速度控制段与位置\角度控制段，其中速度控制段采用参数化的三段式攻角控制剖面设计，位置\角度控制段采用偏置比例导引法生成控制指令；步骤二、针对攻角幅值、一阶导及二阶导的约束问题，分别对速度控制段与位置\角度控制段进行处理：在速度控制段中，设计光滑的攻角曲线，得到满足飞行器机动能力限制的控制剖面及待调的攻角参数u和时间参数t1；在位置\角度控制段中，对偏置比例导引法生成的攻角指令进行约束限制；步骤二实现方法为，飞行器攻角α在飞行过程中受到约束 其中，αmin、αmax、分别为飞行器攻角、攻角一阶导与攻角二阶导的边界值；在速度控制段中，对攻角曲线进行光滑处理；在[t1,t2]内划分出左圆弧、斜坡、右圆弧三段；如式8所示，在圆弧段中，攻角曲线二阶导数绝对值为常值圆弧段时长为Δt；在斜坡段中，攻角曲线一阶导为常值斜坡段时长为2Δt； α1、α2为攻角设计参数，经光滑处理后，时间参数t2转化为参数Δtt2＝t1+4Δt9且[t1,t2]内攻角变化 在t1、t2处，圆弧段需要与常值段光滑衔接，因此Δα＝α1-α211将式10代入得到 控制剖面设计转化为攻角参数与时间参数t1的设计；在位置\角度控制段中，对偏置比例导引法生成的攻角指令进行限制 其中，为受到约束限制前的攻角指令；步骤三、优化设计步骤二中得到的攻角参数u，保证飞行器在初始状态扰动下具有速度调节能力；进一步利用终端速度随时间参数的单调递减关系，将轨迹规划问题转化为时间参数t1的搜索问题；通过求解时间参数，得到控制剖面与飞行轨迹，实现多约束条件下的飞行轨迹快速规划；步骤三实现方法为，定义飞行器实际终端速度与目标落速的差值为Δvf；在初始状态扰动下，有终端速度偏差绝对值|Δvf|随初始状态X0、攻角参数u与时间参数t1变化的函数|Δvf|＝FX0,u,t114若在某一给定初始状态X0与攻角参数u条件下，仅改变时间参数t1，得到|Δvf|的最小值Δv1，有函数 同理，仅改变初始状态X0，得到Δv1最大值Δv2，有函数 于是建立控制剖面参数设计问题的优化模型 其中，U为考虑初始状态偏差后的飞行器初始状态集合；HX＝0为始末状态约束式；Gu≤0为将式8、式12代入式7得到的过程约束 求解参数设计问题式17，得到攻角参数u，在此基础上对时间参数t1进行规划；在给定初始状态下，有Δvf与时间参数t1的映射关系Δvf＝ft119且Δvf随时间参数t1单调变化，采用牛顿迭代法搜索t1使得Δvf＝020搜索范围为t1∈[0,ts]，若在该范围内无解，则取次优解ft1＝min|f0|,|fts|21ts为速度控制段与位置\角度控制段的切换时刻，搜索结果t1与攻角参数u共同决定控制剖面，并得到在该剖面控制下的飞行器轨迹，即实现多约束条件下的飞行轨迹快速规划。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京理工大学 基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD