[发明专利]一种用于高空滑翔UUV纵平面弹道控制的方法

摘要

本发明提出一种用于高空滑翔UUV纵平面弹道控制的方法，主要基于滚动时域优化算法原理，针对高空滑翔UUV纵平面弹道控制要求，采用滚动时域优化算法通过在线求解有限时域内的受约束优化问题，获得滑翔UUV在未来一段时间内的局部最优控制指令，实现滑翔UUV在到达指定的开伞区域时满足期望的系统速度，同时该控制方法能够实时响应周围环境对滑翔UUV造成的扰动，确保系统以可接受的精度运行。

主权项

1.一种用于高空滑翔UUV纵平面弹道控制的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立滑翔UUV在纵平面的运动模型：其中δ_e为滑翔UUV的水平舵角，是系统的控制指令；m为滑翔UUV的质量，g为重力加速度，S为滑翔UUV的最大横截面积，ρ为空气的密度；C_x0为零升阻力因数，为升致阻力因数，C_y0为零升力因数，为攻角升力因数，为平尾升力因数，m^α为俯仰力矩因数，表示平尾力矩因数；(x,y)为滑翔UUV本体质心O_B在地面坐标系中的坐标；v为滑翔UUV的速度；θ为滑翔UUV的俯仰角，α为滑翔UUV的攻角；步骤2：在滑翔UUV被投放后，采用滚动时域优化算法通过在线求解有限时域内的受约束优化问题，获得滑翔UUV在未来一段时间T内的局部最优控制指令步骤2.1：通过传感器采集当前时刻t下的滑翔UUV系统状态η(t)，η(t)＝[x(t) y(t) v(t) θ(t)]T步骤2.2：在[t,t+T]时域内，在约束条件下求解优化问题的优化指标，获得局部最优的控制指令其中优化问题的优化指标为J(·)为优化问题的代价函数，具体形式为其中Δx(t)＝x(t)‑xd(t)，Δy(t)＝y(t)‑yd(t)，Δv(t)＝v(t)‑vd(t)，xd(t)、yd(t)表示滑翔UUV的期望开伞位置，vd(t)表示滑翔UUV的期望开伞速度；r1、r2、r3表示加权系数；优化问题的约束条件为：η(0)＝η0v(t)∈[vmin,vmax]δe∈[‑δem,δem]其中表示滑翔UUV满足步骤1建立的运动模型要求；η(0)＝η₀表示滑翔UUV的初始状态为η₀；v(t)∈[v_min,v_max]表示滑翔UUV的速度约束，[v_min,v_max]为根据滑翔UUV开伞机构的工作要求确定的允许速度范围；δ_e∈[‑δ_em,δ_em]表示滑翔UUV的尾舵受机械结构的限制而具有的舵角约束；步骤2.3：在τ∈[t,t+δ]内，将施加给滑翔UUV，且0＜δ＜T；步骤2.4：在t+δ时刻，滑翔UUV量测到新的系统状态，重复步骤2.1‑2.3，直到满足设定的终止条件。