[发明专利]一种扑翼飞行器的升力和功耗协同优化方法

权利要求书

1.一种扑翼飞行器的升力和功耗协同优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，根据准定常假设建立扑翼飞行器空气动力学模型和功率消耗模型；

S2，根据扑翼飞行器空气动力学模型建立升力最大和功率消耗最小的目标函数，并建立约束函数；

S3，采用NSGA-II多目标优化算法求解满足升力和功率消耗的最优全局配置方案；

S4，输出最优控制变量给扑翼飞行器。

2.根据权利要求1所述的一种扑翼飞行器的升力和功耗协同优化方法，其特征在于，根据准定常假设，扑翼飞行器空气动力学模型为：

F＝F_L+F_R

其中F为扑翼飞行器的升力；

ρ为大气密度，v为扑翼拍动速度，α为攻角，为常量，R为扑翼飞行器翼展，r为扑翼的平均长度；

θ为俯仰角度，为常量。

3.根据权利要求2所述的一种扑翼飞行器的升力和功耗协同优化方法，其特征在于，扑翼飞行器的功率消耗为：

C₁，C₂，C₃为常量，T₁为驱动扑翼电机拍动的转矩，T₂为驱动攻角电机的转矩，T₃为驱动俯仰电机的转矩。

4.根据权利要求3所述的一种扑翼飞行器的升力和功耗协同优化方法，其特征在于，扑翼飞行器节能控制的目标函数为：

Max F，扑翼飞行器的升力最大；

Min P，扑翼飞行器的功率消耗最低。

5.根据权利要求4所述的一种扑翼飞行器的升力和功耗协同优化方法，其特征在于，约束条件为：

F＞G，G为扑翼飞行器的重力；

ρ＜ρ_max，ρ_max为安全飞行高度对应的大气密度；

v＜v_max，v_max为最大安全扑翼拍动速度；

0＜α＜α_max，α_max为攻角最大值；

0＜θ＜θ_max，θ_max为俯仰角最大值；

P＜P_max，P_max为锂电池的额定输出功率。

6.根据权利要求1所述的一种扑翼飞行器的升力和功耗协同优化方法，其特征在于，多目标优化算法的流程为：

S31，随机生成初始种群；

S32，对种群中的每个个体计算升力的目标函数值F_i和功率消耗的目标函数值P_i；

S33，计算拥挤度并进行快速非支配排序；

采用快速非支配排序方法对种群进行非支配层算法分级；

第i个个体的拥挤度为：

其中f_j(j＝1,2)分别表示升力和功率损耗两个目标函数，β为权重调整因子，用于调整升力和功率损耗的权重值；

S34，对种群进行选择、交叉和变异操作，生成子代种群，并计算子代种群的升力的目标函数值和功率消耗的目标函数值；

S35，将父代和子代合并，通过快速非支配排序方法和精英策略得到新的种群；

S36，重复步骤S32～S35，达到迭代次数后，停止迭代。

7.根据权利要求1所述的一种扑翼飞行器的升力和功耗协同优化方法，其特征在于，步骤S4中的控制变量包括飞行高度、扑翼拍动速度、攻角和俯仰角。