高超聲速飛行器上升段軌跡優(yōu)化及閉環(huán)最優(yōu)制導技術研究.pdf

1、本文主要研究了吸氣式高超聲速飛行器上升段軌跡優(yōu)化及閉環(huán)最優(yōu)制導技術,主要研究內(nèi)容包括:
　　 1.研究了真正意義下的三維空間下的飛行器軌上升段跡優(yōu)化問題,和傳統(tǒng)的二維縱向剖面下的軌跡優(yōu)化問題在求解的難度上有著本質(zhì)的區(qū)別。由于增加了飛行器的橫側向運動因素,不僅增加了系統(tǒng)狀態(tài)變量和協(xié)態(tài)變量的個數(shù),增加了數(shù)值求解的復雜度,更主要的是引入了飛行器縱向運動與橫側向運動的耦合因素,增加了軌跡優(yōu)化問題的敏感性。
　　 2.建立吸氣式高

2、超聲速飛行器非線性軌跡動力學微分方程,軌跡優(yōu)化問題的數(shù)學模型,將飛行器的質(zhì)量作為系統(tǒng)的狀態(tài)引入到軌跡優(yōu)化問題的研究中,采用零側滑角飛行模式的條件下對上升最優(yōu)控制問題進行了推導,建立了相對應的最優(yōu)控制問題中的伴隨向量微分方程;建立、分析最優(yōu)控制條件以及典型飛行任務所需的終端橫截條件、通過消除拉格朗日乘子以獲得所需數(shù)目的輔助橫截條件,并形成微分方程兩點邊值問題。
　　 3.研究了適用于吸氣式高超聲速飛行器上升段軌跡優(yōu)化兩點邊值問題離

3、散化的數(shù)值方法;以及提高數(shù)值算法的可靠性和收斂性的方法,包括對于初始猜測軌跡的獲取和搜索步長的控制。在完成軌跡優(yōu)化的基礎上對于閉環(huán)最優(yōu)制導進行了初步的研究以及仿真。
　　 本文研究的基于間接法的高超聲速飛行器上升段軌跡優(yōu)化算法完全能夠滿足高超聲速飛行器實時在線軌跡優(yōu)化及閉環(huán)制導的要求?？朔酥苯臃ㄓ捎谄涫諗克俣染徛裏o法滿足閉環(huán)制導要求的問題。本算法具有快速軌跡生成能力。研究的是三維情況下研究軌跡優(yōu)化問題,能更真實的模擬飛行器的運

4、動過程,并且只有在此情況下才能研究驗證側風擾動對于飛行過程的影響以及算法的穩(wěn)定性。算法所具有的一個很大的優(yōu)點是一很容易轉化成閉環(huán)制導算法,最終能夠實現(xiàn)軌跡優(yōu)化軟件平臺和吸氣式高超聲速飛行器閉環(huán)最優(yōu)制導軟件的最大同一化。為進一步開展高超聲速飛行器上升段的閉環(huán)制導問題的研究奠定了堅實的基礎。
　　 本算法在飛行器運動過程中根據(jù)飛行狀態(tài)在線計算新的飛行軌跡,因此與在地面反復修改、測試來求得最優(yōu)飛行軌跡的方式不同,能夠在非常復雜的飛行任

5、務和高度非線性的飛行環(huán)境下,在不具有人為經(jīng)驗以及不允許反復修改、測試的情況下,在快速收斂的前提下能夠保證得到優(yōu)化并且正確的飛行軌跡和決策。
　　 由于高超聲速飛行器采用吸氣式發(fā)動機,它需要從空氣中獲得氧氣,因此其推力的大小和氣流密切相關,而目前氣流等大氣環(huán)境很難精確建模,同時在飛行過程沖還存在各種近地擾動以及環(huán)境不確定性,而本算法采用了閉環(huán)回路的計算,根據(jù)氣流等外界環(huán)境在線調(diào)整最優(yōu)軌跡,能夠持續(xù)的修正外界擾動因素的影響并更新飛行