本文關(guān)鍵詞：固定翼無(wú)人機(jī)任務(wù)航跡規(guī)劃及優(yōu)化方法研究

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【摘要】：航跡規(guī)劃在無(wú)人機(jī)的任務(wù)飛行中具有非常重要的作用,它關(guān)系著無(wú)人機(jī)的飛行任務(wù)能否圓滿(mǎn)完成。目前采用的手工設(shè)計(jì)航跡的方法,耗時(shí)長(zhǎng)、無(wú)可復(fù)用性,并且得到的航跡精度較低,隨著飛行任務(wù)復(fù)雜性的增加已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足任務(wù)規(guī)劃的需要。本文針對(duì)項(xiàng)目中目前航跡規(guī)劃方法的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了不同任務(wù)場(chǎng)景下的自動(dòng)航跡規(guī)劃方法。并且在生成初始航跡的基礎(chǔ)上,對(duì)爬升過(guò)程的局部航跡的優(yōu)化方法進(jìn)行了研究。針對(duì)以上所述目的,本文的主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)包括：首先,結(jié)合無(wú)人機(jī)的相關(guān)特性和測(cè)試數(shù)據(jù),對(duì)大氣模型、氣動(dòng)力模型、發(fā)動(dòng)機(jī)的推力和油耗模型以及無(wú)人機(jī)飛行包線(xiàn)進(jìn)行了分析和建模。并根據(jù)無(wú)人機(jī)的受力情況和六自由度動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析。接下來(lái),針對(duì)兩種任務(wù)場(chǎng)景分別提出了對(duì)應(yīng)的航跡規(guī)劃方法。首先結(jié)合無(wú)人機(jī)的任務(wù)要求和運(yùn)動(dòng)性能,建立了無(wú)入機(jī)的基本飛行動(dòng)作庫(kù)。隨后針對(duì)低空飛行條件下的障礙約束和航點(diǎn)約束,設(shè)計(jì)了基于遺傳算法和Dubins曲線(xiàn)的最短路徑生成方法,并采用切線(xiàn)法對(duì)障礙進(jìn)行回避。針對(duì)高空飛行時(shí)的空域邊界約束和飛行任務(wù)約束,設(shè)計(jì)了基于過(guò)渡航點(diǎn)的飛行動(dòng)作庫(kù)調(diào)用規(guī)則,并使用航跡樹(shù)動(dòng)態(tài)搜索的方法,對(duì)航跡進(jìn)行全局尋優(yōu)。仿真結(jié)果表明,所規(guī)劃的航跡能夠很大程度地提升航跡規(guī)劃的效率,并減小飛行代價(jià)。最后,為了提升無(wú)人機(jī)的機(jī)動(dòng)性能和完成任務(wù)的能力,進(jìn)一步對(duì)爬升段進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化。通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)和爬升過(guò)程的分析,建立了無(wú)人機(jī)爬升軌跡的最優(yōu)化問(wèn)題模型。并通過(guò)對(duì)比幾種常用的軌跡優(yōu)化算法的效果,說(shuō)明了本文所采用的Gauss偽譜法的優(yōu)勢(shì)。接下來(lái)采用了結(jié)合遺傳算法和序列二次規(guī)劃法的串級(jí)優(yōu)化方法對(duì)離散后的非線(xiàn)性規(guī)劃(Non-linear programming, NLP)問(wèn)題進(jìn)行求解。最后對(duì)爬升軌跡的油耗和時(shí)間優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的軌跡可以有效減小爬升過(guò)程的油耗或者時(shí)間,對(duì)于提高無(wú)人機(jī)的任務(wù)執(zhí)行能力具有重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V279;O221

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1297929