高超声速飞行器多约束参考轨迹快速规划算法
第28卷第1期2009年3月
计 算 技 术 与 自 动 化ComputingTechnologyandAutomation
Vol128,No11
Mar.2009
文章编号:1003-6199(2009)01-0088-04
高超声速飞行器多约束参考轨迹快速规划算法
郑总准,谢富强,王永骥
(华中科技大学控制科学与工程系,图像信息处理与智能控制教育部重点实验室,湖北武汉 430074)
摘 要:针对多约束的高超声速滑翔飞行器的再入轨迹优化时对初值敏感的问题,提出一种参考轨迹
快速规划算法。对运动方程进行了无量纲处理并引入适合优化求解的替代变量,通过纵向再入走廊和侧向制导的规划使所有过程约束和终端约束完全满足。仿真结果表明,得到的参考轨迹接近最优解,大幅缩短了后续优化工作所需的时间,具有重要的工程实用价值。
关键词:高超声速飞行器;再入制导;参考轨迹;多约束;快速规划中图分类号:V412 文献标识码:A
RapidReferenceTrajectoryProgrammingMethodology
forHypersonicVehicleswithMulti-constraints
ZHENGZong2zhun,XIEFu2,GY2(DepartmentofControlScienceandEngineering,ofS,eylaboratory
ofImageand,,China)
Abstract:Accordingtooptimizationforhypersonicglidevehicleswithmulti-constraints,trajectoryplanningmethodology.Equationsofmotionarenormalizedandaninde2pendentAcombinedprogrammingoflongitudereentrycorridorandlateralguidanceispro2posedtosatisfyallconstraintsandconstraintsperfectly.Successfulresultsshowthattheobtainedreferencetrajectoryap2proachesthebesttrajectoryandthecosttimeofoptimizationisobviouslyshortened.Themethodologyisrational,effectiveandeasyforimplementation.
Keywords:hypersonicvehicles;reentryguidance;referencetrajectory;multi-constraints;rapidprogramming
1 引 言
再入轨迹优化可表述为一个非线性、带有控制
约束、终端约束以及轨道约束的最优控制问题,即泛函的条件极值问题。国内外在飞行器再人轨迹优化方面已经做了大量研究工作,取得了令人注目的成果[1-3]。但传统的优化方法均需要花大量的时间迭代寻找最优控制量及相应的最优轨迹,且对作为迭代计算起始点的参考轨迹十分敏感,选择不同的初始状态轨迹对迭代计算的收敛结果具有不可忽视的影响。
为了减少迭代计算量以尽快寻找到最优解,参考轨迹应尽可能选择得与最优解接近。本文提出了一种参考轨迹快速规划算法,通过引入更适合于优化数值算法求解的无量纲替代变量,首先根据轨道约束条件和准平衡滑翔约束条件规划出高度—速度再入走廊,并在走廊内选取满足航程要求的高度轨迹,侧向参考剖面采用一维搜索算法先后搜索两次倾斜反向点,并循环对纵向剖面进行更新,最终实现所有约束条件的满足,有助于提高优化算法的收敛速度,具有重要的工程实用价值。
收稿日期:2008-09-10
基金项目:国家自然科学基金资助(60674105)
),男,台湾台北人,博士研究生,研究方向:飞行器制导与优化、作者简介:郑总准(1983—飞行器自适应控制(E-mail:zzzsiemen@163.
),男,湖南衡山人,博士研究生,研究方向:飞行器轨迹优化与制导。com);谢富强(1971—