采用牛顿迭代保辛伪谱算法的舰载机甲板路径规划

建立单机滑行、离轴无杆牵引、离轴有杆牵引3类舰载机调运模式下的运动学模型.考虑到有杆牵引系统运动学模型的强非线性,将其转化为一个更加简单的虚拟在轴无杆牵引系统,以便于轨迹的求解.综合考虑调运效率和安全性,将3类调运模式的轨迹规划问题转化为时间-能量混合最优问题.为了实现对非线性最优控制问题的高效求解,基于第三类生成函数、辛理论和伪谱离散提出保辛伪谱方法(SPM),并根据终端横截条件采用牛顿迭代和SPM确定终端时间.将提出的方法应用于3类调运模式的轨迹规划问题,并将所得结果与直接伪谱法进行对比.仿真结果表明:所提算法能够以更高的精度和效率规划出平滑的舰载机路径,且不会出现非可行解,具有更强的可操作性和适用性.

基于自校正MPC的舰载机着舰控制技术

针对模型参数不准确条件下的全自动着舰控制技术进行了研究,设计了一种基于保辛伪谱算法(symplectic pseudospectral method, SP)和带遗忘因子递推最小二乘法(recursive least squares with forgetting factor, FFRLS)的舰载机着舰自校正模型预测控制方法(self-tuning model predictive control, ST-MPC)。针对舰载机的着舰控制模型,在MPC方法的框架下,首先设计了一种基于预测轨迹形状与位置偏差的引导轨迹,用以消除航母甲板运动和实时误差的影响。同时,基于SP算法设计了滚动优化模块并引入雄鸡尾流扰动补偿以抑制舰尾流干扰;进一步,通过FFRLS算法结合巴特沃斯低通滤波器,对模型中影响控制性能的敏感参数进行实时估计用以提高着舰控制算法的鲁棒性。仿真结果表明,在有多种干扰影响且控制模型参数不准确时,所设计的ST-MPC算法,能够将着舰高度误差控制在±0.15 m以内,其控制精度远高于传统的线性二次型最优调节器和极点配置算法,且算法的计算效率满足实时在线跟踪的要求。

基于滚动时域的舰载机甲板运动轨迹跟踪最优控制

针对单机滑行、无杆牵引系统以及有杆牵引系统的轨迹跟踪问题进行了研究。首先,将这3种系统的轨迹跟踪问题转化为最优控制问题,并建立了连续非线性舰载机系统的轨迹跟踪模型。然后,基于第3类生成函数,提出了适用范围更广的全状态保辛伪谱算法,并结合滚动时域理论提出了基于滚动时域(RHC)的在线跟踪最优控制方法,证明了所提算法是一种保辛算法。基于所提出的在线跟踪算法,对单机滑行、无杆牵引系统、有杆牵引系统在存在初始偏差和持续外界扰动情况下的轨迹跟踪问题分别进行了研究,并与BackwardSweep方法进行对比分析,结果表明本文所提出的跟踪算法可以有效地解决具有控制约束和状态约束的轨迹跟踪问题,并可以更高的跟踪精度和计算效率对标准轨迹进行跟踪,可完全满足实时跟踪的要求。最后,分别从初始偏差和持续外界扰动的角度研究了这3种不同方式的跟踪特性。