控制理论与应用

作者：刘平,刘航,仇国庆,刘兴高

单位：重庆邮电大学自动化学院,重庆邮电大学自动化学院,重庆邮电大学自动化学院,浙江大学控制科学与工程学院

关键词：高超声速飞行器; 轨迹优化; 热率约束; 非均匀离散; 控制向量参数化; 飞行路径

基金：国家自然科学基金项目(61803060), 重庆市教育委员会科学技术研究计划青年项目(KJQN201800635), 重庆市技术创新与应用发展专项项目 (cstc2020jscx–msxmX0181)资助.

针对热率约束下高超声速飞行器(HV)再入轨迹规划, 提出一种结合光滑化不等式约束处理和非均匀Gauss离散时间网格的改进控制变量参数化(CVP)优化算法. 首先, 结合HV动力学方程和约束条件建立了HV再入轨迹优化问题; 然后, 采用光滑化函数对不等式路径约束进行处理并引入附加状态变量转化进微分方程中; 进一步, 在CVP算法框架下, 给出了基于Gauss分布的时间网格控制参数化策略, 以此改善HV攻角控制精度进而提升HV再入航程; 最后, 在通用航空器模型上进行仿真测试, 验证提出方法的性能并分析不同热率约束限值对最大航程规划的影响. 结果显示, 相较于均匀时间网格参数化CVP–S–P方法, 改进方法再入航程增加320.1 km(提升4.1%), 表明了改进算法的有效性; 同时, 基于本文方法仿真结果, 热率限值降低对HV最大航程减少有限, 当热率限值降低15%时, 最大航程损失仅3.16%, 展示了本文方法对HV热防护设计的理论价值.

来源：2022年第12期

《控制理论与应用》期刊编辑部

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