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基于序列凸优化算法的飞行器轨迹规划

2021-12-28许冰青李庆波鄢雄伟李博雅

空天防御 2021年4期
关键词:规划优化

李 臻,许冰青,李庆波,鄢雄伟,李博雅

(1.上海机电工程研究所,上海 201109;2.陆军驻上海地区军事代表室,上海201109)

0 引 言

助推滑翔式飞行器在飞行时,长时间处于稠密大气层内,热力学环境复杂恶劣,为了保证弹载设备及机身结构正常,飞行器必须满足热流、动压、过载等多方面的约束[1-2]。在工程优化领域,针对这类非线性规划问题,一般基于直接法求解,如序列二次规划等方法。例如,黄鲁豫等[3]基于序列二次规划方法研究了飞行器复合控制技术;李征等[4]基于序列二次规划解决了伪谱法转换后的无人机集群规划问题;Cui等[5]利用高斯伪谱法求解了基于线性协方差的弹道优化方法,解决火星再入问题。然而,这类方法在使用中常存在初值敏感、收敛较慢的问题。

近年来,凸优化方法以其独特的理论优势逐渐受到青睐。对于一个凸问题而言,基本性质明确了其得到的局部最优解即为全局最优解,算法解集的最优性得到了保证[6]。然而,凸优化方法在一般非线性问题中的应用存在一定限制,要求原问题保持凸性,而一般的非线性问题具有高度的非凸性[7]。为此,需要将原非线性规划问题转化为一系列近似的线性规划子问题,通过迭代逐步逼近原问题的解,这一过程称为序列凸优化[8]。本文以助推滑翔式飞行器为应用背景,设计了在序列凸优化算法下的非线性规划方法,具有初值不敏感性、快速收敛性。

1 规划问题与模型

在半速度系下,建立无量纲的飞行器动力学模型,可表达为[9]

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