[发明专利]一种基于抽取虚拟飞机策略的有杆牵引飞机系统轨迹规划方法

说明书

一种基于抽取虚拟飞机策略的有杆牵引飞机系统轨迹规划方法，属于有杆牵引飞机系统的自动化与控制技术领域。首先，将有杆牵引飞机系统中的飞机部分转换为虚拟飞机系统，其可以同时实现正向和倒车运动；然后，基于该虚拟飞机系统建立其轨迹规划的最优控制模型，采用最优控制算法进行解算，得到虚拟飞机系统的最优轨迹及对应控制变量；最后，使有杆牵引飞机系统中的飞机跟踪虚拟飞机系统轨迹，建立最优跟踪控制模型，采用最优控制方法进行求解得到有杆牵引飞机系统轨迹及对应的控制律。本发明能够有效地解决有杆牵引飞机系统的精确轨迹规划与控制难题，同时提高了计算效率和鲁棒性；能够为有杆牵引飞机系统轨迹规划与控制问题提供合理的解决方案。

技术领域

本发明属于有杆牵引飞机系统的自动化与控制技术领域，涉及一种基于抽取虚拟飞机策略的有杆牵引飞机系统轨迹规划方法。

背景技术

有杆牵引飞机系统轨迹规划技术主要包含对场景进行建模、路径规划以及控制问题，在设计轨迹规划方法时，需要兼顾效率、精度以及工程许用性这3方面。

目前，针对杆牵引飞机系统的轨迹规划技术已经发展出各种各样的方法，包括启发式算法、最优控制方法等。在现有的方法中，启发式算法具有计算效率高、易于实现等优点，但这类算法仍存在如下不足：

(1)在进行轨迹规划时，未考虑有杆牵引系统的控制问题，从而使所得到的结果可能不符合工程实际；

(2)难以考虑有杆牵引飞机系统的运动学约束或者动力学约束；

(3)难以严格满足终端约束条件；

(4)计算精度和效率难以均衡。

最优控制方法以其简洁的数学公式和统一的框架而备受关注，该类算法可将有杆牵引飞机系统的运动学约束或者动力学约束、终端约束条件考虑其中，可有效兼顾轨迹规划问题和控制问题，所得到的结果具有较高的工程许用性，但是由于其强非线性特点以及常常存在大规模的非凸约束，可能会超出标准数值求解器的处理能力以至于难以求解。这类算法存在如下问题：

(1)由于有杆牵引飞机系统运动学或者动力学模型非线性强，求解规模大，导致整体计算效率低，在配点较多的情况下易发生“维数灾难”；

(2)在采用这类算法进行有杆牵引飞机系统轨迹规划时难收敛，通常需要设计合理的初始猜测解。

当前，工程应用上迫切需要一种能兼顾计算精度和效率的、具有良好适用性的有杆牵引飞机系统轨迹规划算法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种用于有杆牵引飞机系统轨迹规划问题，且能兼顾效率、精度及工程许用性的、具有良好适用性的方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于抽取虚拟飞机策略的有杆牵引飞机系统轨迹规划方法，首先，将有杆牵引飞机系统中的飞机部分抽象成一个虚拟的飞机系统，其可以同时实现正向和倒车这两种运动；然后，基于该虚拟飞机系统建立其轨迹规划的最优控制模型，并采用最优控制算法进行解算，从而得到虚拟飞机系统的最优轨迹及对应控制变量；最后，使有杆牵引飞机系统中的飞机跟踪虚拟飞机系统轨迹，从而基于有杆牵引飞机系统的运动学模型建立最优跟踪控制模型，并采用最优控制方法进行求解以得到有杆牵引飞机系统轨迹及对应的控制律。