[发明专利]入侵杂草种群分布优化的高超声速飞行器再入段控制器

说明书

本发明公开了一种入侵杂草种群分布优化的高超声速飞行器再入段控制器，由飞行器海拔高度传感器、飞行器飞行速度传感器、飞行器飞行航道倾角传感器、飞行器水平飞行距离传感器、飞行器MCU、飞行器攻角控制器构成。高超声速飞行器MCU到达再入段空域后，各传感器开启，获得飞行器海拔高度、速度、飞行航道倾角和飞行水平距离信息，MCU根据设定的海拔高度、速度、飞行航道倾角要求自动执行内部入侵杂草种群分布优化算法，得到使高超声速飞行器水平飞行距离最长的轨迹优化控制策略，并换为控制指令发送给飞行器攻角控制器执行，使高超声速飞行器获得更长的水平飞行距离。

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器再入段轨迹优化领域，尤其涉及一种入侵杂草种群分布优化的高超声速飞行器再入轨迹优化控制器。

背景技术

高超声速飞行器是指巡航速度大于马赫数5的飞行器,具备诸如高速飞行、迅速反应、远程攻击、高效突防等特点。由于高超声速飞行器滑翔轨迹高度非线性化和多约束的特点，高超声速飞行器的滑翔轨迹设计优化是轨迹设计中的难点和热点。

由于从大气从外缘进入大气层，高度和速度的变化范围很大，高超声速飞行器面临各种严峻的再入环境，再入段轨迹优化技术则是保证高超声速飞行器完成飞行任务的关键，对提高其打击范围和落点精度具有更重要的实用价值。因此，研究高效的高超声速飞行器再入段轨迹优化方法显得尤为重要。

发明内容

为了使高超声速飞行器获得更长的水平飞行距离，提高高超声速飞行器的打击范围，本发明提供了一种入侵杂草种群分布优化的高超声速飞行器再入段控制器。

高超声速飞行器再入段轨迹优化问题可以描述为：

其中，t为时间，x(t)表示高超声速飞行器的状态变量，x₁(t)表示飞行器海拔高度、x₂(t)表示飞行器飞行速度、x₃(t)表示飞行器飞行航道倾角、x₄(t)表示飞行器水平飞行距离，u(t)表示飞行器的攻角控制量，为本问题的控制变量；表示状态变量x(t)的一阶导数，F(x(t),u(t),t)是根据高超声速飞行器再入段三维空间运动方程建立的微分方程组数学模型；t₀表示再入段轨迹优化开始的时间点，h₀表示优化开始时刻飞行器的初始海拔高度，v₀表示优化开始时刻飞行器的初始速度，γ₀表示优化开始时刻飞行器的初始飞行航道角，r₀表示优化开始时刻飞行器的初始水平飞行距离，t_f表示再入段轨迹优化结束时间点，h_f表示优化结束时刻飞行器的海拔高度，v_f表示优化结束时刻飞行器的速度，γ_f表示优化结束时刻飞行器的飞行航道角；J[u(t)]表示高超声速飞行器轨迹优化的目标函数即优化结束时刻飞行器的水平飞行距离，G[u(t),x(t),t]是高超声速飞行器再入段过程的约束条件，u_min和u_max表示攻角控制范围的下限值和上限值。

本发明解决该技术问题时所采用的技术方案是：在高超声速飞行器MCU中集成了入侵杂草种群分布优化算法，在高超声速飞行器到达再入段后能够给出速飞行器攻角的控制指令，使高超声速飞行器获得更长的水平飞行距离。

所述高超声速飞行器MCU可以视为一种自动控制信号产生器，该控制器如图1所示，包括气动系数模型、飞行器性能约束条件、指定优化目标设定模块，高超声速飞行器MCU模块，飞行器海拔高度传感器，飞行器飞行速度传感器，飞行器飞行航道倾角传感器，飞行器水平飞行距离传感器，飞行器海拔高度、速度、飞行航道倾角设定模块，飞行器攻角控制，所述系统内的各组成部分均由控制器内数据总线连接。

所述控制器的运行过程如下：