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时间:2019-11-26
《微小型无人直升机避障最优轨迹规划》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、2014年2月北京航空航天大学学报February2014第40卷第2期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01.40No.2微小型无人直升机避障最优轨迹规划孟少华向锦武罗漳平任毅如(北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100191)摘要:针对无人直升机在低空复杂环境下避障飞行问题,提出了一种基于非线性最优控制理论的求解策略.以避障机动飞行时间为优化目标,无人直升机六自由度非线性动力学方程为等式约束,直升机飞行性能限制以及三维空间中障碍物限制等
2、因素为不等式约束,建立了避障机动飞行的最优控制模型.然后利用高斯伪谱法(GPM,GaussPseudospectralMethod)将轨迹规划问题转化为非线性规划(NLP,Non.LinearProgramming)问题,并采用序列二次规划算法进行求解.在此基础上研究了障碍物尺寸对最优轨迹的影响.计算结果表明,该方法能够以较高的精度生成真实可行的避障飞行轨迹,最优机动动作取决于障碍物纵横向尺寸比.关键词:避障;轨迹规划;高斯伪谱法;非线性最优控制中图分类号:V212.4文献标识码:A文章编号:1001-5965(2014
3、)02—0246-06Optimaltrajectoryplanningforsmall-scaleunmannedhelicopterobstacleavoidanceMengShaohuaXiangJinwuLuoZhangpingRenYiru(SchoolofAeronauticScienceandEngineering,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100191,China)Abstract:Obstacleavoidanceforun
4、mannedhelicoptersafelyflyingincomplex-lowenvironmentswasin-vestigated.Asolvingstrategybasedonnonlinearoptimalcontroltheorywasdeveloped.Thecomputationofop—timalobstacleavoidingmaneuverswasviewedasanoptimalcontrolproblem,wherethesolutionminimizedthemaneuveringdurat
5、ionsubjectedtothe6-freedomnonlineardynamicsequationsandlimitationsofhelicopterflightperformance,inwhichtheobstaclesin3Dspacewereformulatedasinequalityconstraintsbyusing1-norms.Gausspseudospectralmethod(GPM)wasemployedtotransformthetrajectoryplanningproblemtonon—l
6、inearprogramming(NLP)problem,whichcanbesolvedusingasequentialquadraticprogrammingalgo·rithm.Moreovertheinfluenceofobstaclessizestotheplannedtrajectorywasinvestigated.Simulationresultsshowthattheproposedmethodcangeneratefeasibletrajectorieswithhighaccuracy,andtheo
7、ptimalmaneuverdependsontheratioofobstacleheightandweight.Keywords:obstacleavoidance;trajectoryplanning;Gausspseudospectralmethod;nonlinearoptimalcontrol无人机在国土防御和经济建设领域得到了越来越广泛的应用,无人直升机更因其独特的垂直起降和空中悬停性能而倍受青睐.在复杂、受限的空间中,无人直升机可以利用其悬停、横飞、倒飞等飞行方式穿梭于障碍物之间,完成战场侦查、地形测量、抢
8、险救灾等任务.与地面车辆不同的是,任何碰撞对于无人直升机都是致命的,直接导致预定任务失败,自主避险能力是其顺利完成任务的关键所在.轨迹规划技术作为无人直升机自主飞行研究的重要内容,受到了国内外学者的广泛关注.现有收稿日期:2013-08-01;网络出版时间:2013—12-0315:25网络出版地址:WWW.cnki
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