[发明专利]一种基于最优控制理论的飞行器落点落速管控方法

说明书

本发明提供了一种基于最优控制理论的飞行器落点落速管控方法，属于飞行器落点落速控制技术领域。本发明提供的最优控制理论的飞行器落点落速精确管控方法，实际输入条件是外部器件提供的飞行器当前飞行时间t₀、位置速度矢量x₀，利用初始指令序列u₀及根据变分法求得的满足终端落点落速能力的实时指令，并根据目标点参数及基准指令解算新的指令角，便可构成指令更新闭环格式，求解过程具有快速性的特点，实时性强，适合在线应用。本发明解决了飞行器再入过程中落点落速难以精确管控的问题。

技术领域

本发明属于飞行器落点落速控制技术领域，尤其涉及一种基于最优控制理论的飞行器落点落速管控方法。

背景技术

国内现有的关于飞行器落点落速精确管控方法主要研究思想是按照预先设计的理想飞行剖面与飞行过程中实时修偏相结合的方式进行落点落速控制。由于飞行器在再入过程中会受到复杂的过载、动压、热流等约束的影响，使得落点落速精确控制难度较大。现有的方法主要集中在以下几点：一、利用多种导引律相结合的方式，发挥各自优点以实现精确控制；二、离线轨迹规划与在线轨迹规划相结合的方式，首先对标准轨迹进行跟踪，当飞行偏差较大时，通过在线规划方法对飞行轨迹进行规划；三、通过中制导轨迹的良好设计，将飞行器导引至合适的交班点，再利用带约束的比例导引等算法对落点落速进行精确管控。但是这些方法均存在一些限制条件，适应性较差，且管控精度有时不能达到既定要求。因此，需要提出新的制导方法来实现落点落速的精确管控。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于最优控制理论的飞行器落点落速管控方法，解决了飞行器再入过程中落点落速难以精确管控的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于最优控制理论的飞行器落点落速管控方法，包括以下步骤：

S1、确定当前时刻的飞行参数：根据导航器件输出得到当前飞行时间以及位置速度矢量；

S2、确定当前状态下的终端输出量：利用初始指令序列以及当前时刻的飞行参数，计算得到从当前时刻到飞行结束时刻过程中的所有状态参数；

S3、确定是否输出制导指令：判断终端输出量和期望输出量之间的模值是否满足预设的指标要求，若是，则输出制导指令，并结束流程，否则，进入步骤S4；

S4、确定飞行过程中所满足的状态方程及问题转化：根据当前飞行时间及位置速度矢量，得到时变系统的状态方程，并通过连续的状态方程构造两点边值问题；

S5、确定增广性能指标：根据全程控制量最小设定优化问题的性能指标，并结合两点边值问题中的等式约束条件，引入拉格朗日乘子将等式约束条件与性能指标结合得到增广性能指标；

S6、确定控制方程和伴随方程：根据增广性能指标，引入哈密尔顿函数及变分法最优控制理论得到控制方程与伴随方程；

S7、确定最优控制指令：根据控制方程与伴随方程，通过离散化消除协态向量，得到最优控制指令；

S8、输出制导指令：根据拟合函数对最优控制指令序列进行逼近，并通过当前飞行时间计算并输出满足终端多约束条件的制导指令，完成对飞行器落点落速管控。

本发明的有益效果是：本发明提供的最优控制理论的飞行器落点落速精确管控方法，实际输入条件是外部器件提供的飞行器当前飞行时间t₀、位置速度矢量x₀，利用初始指令序列u₀及根据变分法求得的满足终端落点落速能力的实时指令，并根据目标点参数及基准指令解算新的指令角，便可构成指令更新闭环格式，求解过程具有快速性的特点，实时性强，适合在线应用。本发明解决了飞行器再入过程中落点落速难以精确管控的问题。

进一步地，所述当前状态下终端输出量的表达式如下：