基于非线性规划方法的过失速机动轨迹优化

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1、第45卷第6期2013年12月南京航JournalofNanjing空航天大学UniversityofAeronautics报stronautlcsV01．45No．6Dec．2013基于非线性规划方法的过失速机动轨迹优化陈永亮(南京航空航天大学航空宇航学院，南京，210016)摘要：发展了一种约束最优控制问题的处理方法，通过引入增广变量，将过程约束转化为终端约束。基于三自由度模型，以迎角、绕速度矢量滚转角和发动机油门系数为优化变量，针对相同的初始条件和两种不同的终端约束，应用文中的方法设计了某战斗机的Herbst机动轨迹，并进行了比较分析。结果表明，该方法快速有

2、效，可以推广应用到机动动作库设计。关键词：最优控制；过失速机动；非线性规划；轨迹优化中图分类号：V212．1文献标志码：A文章编号：1005—2615(2013)06—0746—06OptimalDesignofPostStallManeuverableTrajeetoryBasedonNonlinearProgrammingMethodChenYongliang(CollegeofAerospaceEngineering，Nan]ingUniversityofAeronautics&Astronautics，Naniing。210016，China)Abstra

3、ct：Anewmethodtodealwiththeconstrainedoptimalcontrolproblemsisdevelopedbyintrodu—cingadditionalvariables．Withtheadditionalvariables．theprocessconstrainsaretransformedtotermi—nalconstrains．ThemethodisusedtodesignaHerbstmaneuvertrajectorybasedonthethree—degree—of—freedomflightdynamicmode

4、linthesameinitialconditionandtwodifferentfinalconditions．Theopti—malcontrolvariablesaretheangle—of-attack，therollangleaboutthevelocityvectorandthethrottleoftheengine．Theresultsshowthatthemethodisrapidandeffectiveinprocessingmultivariateoptimalcontrolproblems，anditcanberecommendedasato

5、oltodesigncombataircraftmaneuvertrajectoryforatrajectorydatabase．Keywords：optimalcontrol；poststallmaneuverab订ity；nonlinearprogramming；trajectoryoptimization随着现代武器系统性能和飞机本身机动能力的不断提高，现代近距空战模式发生了巨大变化，具有快速机头指向能力的飞机占有绝对优势。研究发现，实施快速机头指向机动的最佳飞行范围处在过失速飞行区域，所以，过失速机动能力成了现代高性能战斗机的一项重要指标[1‘3]。过失速

6、机动不需要很大的机动过载即可实现快速机头指向，有利于快速发射和回避格斗导弹，大大提高空战效果。但是，过失速条件下飞行速度很低，飞机因处于低动能状态而易遭受交叉攻击，不正确的使用过失速机动反而会使飞机处于危险境地。为充分利用过失速机动能力赢取近距空战优势，必须在考虑各种初始态势及约束情况下，选择合适时机，以最短时间实施过失速机动进行攻击并退出，快速恢复飞行速度。文献[4，5]采用最大值原理对最佳过失速机动轨迹进行了研究，这种方法求解过程较为复杂，对初值要求较高H]，计算耗时较长。文献[7]采用数值仿真方式对几种典型过失速机动的操纵方式进行了研究。文献[8，9]采用轨

7、迹优化方法对敏捷性进行了研究。文献[10]采用轨迹优化方法设计了机动参考轨迹，用基金项目：江苏高校优势学科建设工程资助项目。收稿日期：2013—08～15；修订日期：2013—10—15通信作者：陈永亮，男，讲师，1979年出生，E-mail：chenyl79@nuaa．edu．cn。学A＆第6期陈永亮：基于非线性规划方法的过失速机动轨迹优化747非线性动态逆设计了某超机动飞机的飞行控制律，并进行了数值仿真。文献1-11]介绍了最优控制问题求解的整个流程，但节点较多时，其过程约束数量较大。文献[12]将过程约束转化为终端约束，可以大大减少过程约束变量。文献1-13

8、3采用配点