基于序列二次规划法优化无人机飞行性能

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1、第29卷第12期计算机仿真2012年12月文章编号：1006—9348(2012)12—0099—04基于序列二次规划法优化无人机飞行性能陈晓，王新民，周健(西北工业大学自动化学院，陕西西安710129)摘要：飞行性能优化是飞行管理系统的一项重要功能。针对间接法中，终端积分时问在迭代前后无法相同的问题，提出引入能量，将能量代替时间作为新的积分变量，用能量状态法动态地优化整个纵向飞行剖面，从而建立轨迹优化模型。模型求解时，区别于传统方法，进一步将优化模型变换成非线性规划问题，对油门推力和速度变量同时寻优，并用序列二次规划法求解。最后以某型无人机为例进行了验证，仿真结果说明，用能量状态

2、法得到的最优速度和最优高度轨迹剖面是收敛的，有一定的工程实用价值。关键词：飞行性能优化；纵向剖面；能量状态法；无人机；序列二次规划中图分类号：V249文献标识码：BUAVFlightPerformanceOptimizationBasedonSequentialQuadraticProgrammingMethodCHENXiao，WANGXin—min，ZHOUJian(CollegeofAutomation，NorthwesternPoly—technicalUniversity，Xi’anShanxi710129，China)ABSTRACT：Flightperformance

3、optimizationisanimportantfunctioninflightmanagementsystem．Inthetraditionalindirectoptimizationmethod，thevalueoftimeofintegralvariableisnolongerequalaftertheiterativecalculations．Thereforetheiterativecalculationscannotperformanymore．Nowtheenergyasanewintegralvariableinsteadoftimevariableisintro

4、ducedintotheperformanceoptimization．Anenergy—statemethodwhichcanreducegreatlysuchshortcomingswasproposedtodynamicallyoptimizetheverticalflightprofile．Themodelsolutionisdifferentfromthetraditionalmethod．Wetransformedtheperformanceoptimizationmodeltothenonlinearprogrammingprob—lem，andputforwardS

5、QPmethodtolookforthesolutionofthrottlethrustandspeedvariable．Finally，thesimulationwascarriedoutbasedonanUAVmodel．Theresultsshowthattrajectoryprofileofoptimalspeedandoptimalhighobtainedbytheproposedalgorithmisconvergent，andhassomecertainfeasibilityKEYWORDS：Flightperformanceoptimization；Vertical

6、profile；Energystatemethod；UAV；SequentialQuadraticProgramming1引言飞行管理系统在各类飞机上的应用越来越广泛，纵向剖面性能优化是飞行管理系统的一项核心技术‘1’8，它为飞行控制系统提供垂直制导指令，因此研究纵向剖面性能优化十分重要。优化飞行性能，即优化无人机的纵向剖面参数，如速度、高度和推力设置等，这些连续的最优飞行状态，构成了无人机的最优飞行轨迹，并将直接影响无人机飞行的经济成本。间接法可以动态地优化整个飞行剖面心'川，但间接法存收稿日期：2012—03—01修回日期：2012-03—23在一个问题，即积分终止时间在迭代前

7、后无法相同，进而无法通过迭加得到新的控制量，致使迭代失败。为了解决间接法中存在的上述问题，国内外许多学者做了大量的研究工作。其中能量状态法‘4’51是一种比较有效的方法。能量状态法将能量代替时间变量作为性能指标函数中新的积分变量，此时积分终止条件由末端能量确定，末端能量又由已知的终端高度和终端速度确定，从而积分终止条件可固定。另外能量法也可简化无人机质点方程，避免求解高维两点边值问题。因此本文利用能量状态法动态地建立优化模型。模型求解时，传统的方法是将推力固定，用离散