地形跟随飞行能量协调在线轨迹规划与跟踪

• Published in: 系统工程与电子技术 Vol. 46; no. 12; pp. 4192 - 4202
• Main Authors: 朱日楠, 王彪, 张瀚文, 唐超颖, 徐锦法
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 鹏城实验室,广东 深圳 518000%南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室,江苏南京 210016 01.12.2024; 南京航空航天大学自动化学院,江苏南京 211106%南京航空航天大学自动化学院,江苏南京 211106
• Subjects: 模型预测控制; energy coordination; 轨迹规划; adaptive predictive time-domain; 能量协调; trajectory planning; model predictive control(MPC); 地形跟随; terrain following; 自适应预测时域
• ISSN: 1001-506X
• DOI: 10.12305/j.issn.1001-506X.2024.12.28

V249.1; 针对定速地形跟随飞行全局离线规划方案数据存储量大、机动飞行油耗大等问题,提出基于级联模型预测控制(cascaded model predictive control,CMPC)的能量协调在线轨迹规划与跟踪方案.首先,利用飞行器纵向质点运动学模型设计模型预测控制(model predictive control,MPC)在线轨迹规划器.从能量分配原理出发确定速度变化规律,对于飞行时总能量不变而导致能量分配不合理的情况,引入虚拟控制量实现总能量动态调节,完成能量协调策略设计.其次,引入地形粗糙度概念描述地形起伏程度,基于此提出规划器自适应时域方案,对于不同地形实现预测时域动态调节.结合MPC轨迹跟踪控制器,并利用真实地形数据进行仿真实验.实验结果表明,所提方案可在与全局离线规划方案航迹差异不大的前提下,实现在线轨迹规划,显著降低油耗,提高航程极限,完成复杂地形的机动飞行任务.