本發(fā)明涉及飛行器控制，特別是涉及一種高超聲速飛行器編隊控制方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)十年來，編隊飛行一直是航空和太空工程領(lǐng)域的研究課題。高超聲速飛行器在滑翔階段可以通過編隊變換和重構(gòu)提高整個系統(tǒng)的突發(fā)概率和多任務(wù)適應(yīng)性。實現(xiàn)高超聲速飛行器系統(tǒng)的編隊飛行也可提供其他潛在的好處，特別是在軍事應(yīng)用方面，例如，在齊射攻擊中高超聲速飛行器系統(tǒng)被命令同時打擊同一目標(biāo)時，在進(jìn)行攻擊之前形成編隊飛行會有更好的打擊效果。同時，編隊飛行控制也為目標(biāo)跟蹤和攔截問題提供了一種可能的解決方案，在這種情況下，高超聲速飛行器可和目標(biāo)構(gòu)成一個編隊。與常規(guī)飛行器的編隊飛行相比，高超聲速飛行器高度非線性，且具有多變量的動力學(xué)和多種飛行約束，無法獲得推力同時速度可能急劇變化。除此之外，系統(tǒng)中各編隊飛行器之間也存在一定的擾動、不確定性和強(qiáng)耦合性。因此，對多高超聲速飛行器系統(tǒng)的編隊飛行實現(xiàn)精確控制將成為一項困難的任務(wù)。此外，編隊飛行器的高速飛行要求控制器可以對變化做出快速的響應(yīng)，這對系統(tǒng)的控制性能和避免碰撞都至關(guān)重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高超聲速飛行器編隊控制方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，以實現(xiàn)對高超聲速飛行器編隊飛行的精準(zhǔn)控制。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：一種高超聲速飛行器編隊控制方法，所述高超聲速飛行器編隊控制方法應(yīng)用于采用領(lǐng)-從模式進(jìn)行編隊飛行的若干個高超聲速飛行器；其中，領(lǐng)導(dǎo)者飛行器沿設(shè)定飛行軌跡飛行，隨從者飛行器在速度方向協(xié)同控制器的控制下與所述領(lǐng)導(dǎo)者飛行器的飛行方向保持一致；所述高超聲速飛行器編隊控制方法包括：獲取期望編隊參考信息、編隊初始信息和編隊狀態(tài)輸出信息；所述編隊初始信息包括：編隊內(nèi)各飛行器的初始位置和初始速度；所述編隊狀態(tài)輸出信息包括：編隊內(nèi)各飛行器的地心距離、經(jīng)度、緯度、飛行速度、彈道傾角和航向角；根據(jù)所述編隊狀態(tài)輸出信息設(shè)計速度方向協(xié)同控制器；以飛行階段的編隊平均變形程度最小為目標(biāo)，根據(jù)所述期望編隊參考信息、所述編隊初始信息和所述編隊狀態(tài)輸出信息確定目標(biāo)函數(shù)；所述目標(biāo)函數(shù)表征飛行階段的編隊平均變形程度與所述編隊初始信息和所述速度方向協(xié)同控制器的控制參數(shù)的關(guān)系；根據(jù)所述目標(biāo)函數(shù)，采用粒子群蟻群混合算法和序列二次規(guī)劃法對所述編隊初始信息和所述速度方向協(xié)同控制器的控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最終優(yōu)化結(jié)果；根據(jù)所述最終優(yōu)化結(jié)果確定優(yōu)化后的速度方向協(xié)同控制器，并根據(jù)所述優(yōu)化后的速度方向協(xié)同控制器確定隨從者飛行器的攻角控制指令和傾側(cè)角控制指令。

3、一種高超聲速飛行器編隊控制系統(tǒng)，所述高超聲速飛行器編隊控制系統(tǒng)應(yīng)用于采用領(lǐng)-從模式進(jìn)行編隊飛行的若干個高超聲速飛行器；其中，領(lǐng)導(dǎo)者飛行器沿設(shè)定飛行軌跡飛行，隨從者飛行器在速度方向協(xié)同控制器的控制下與所述領(lǐng)導(dǎo)者飛行器的飛行方向保持一致；所述高超聲速飛行器編隊控制系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取期望編隊參考信息、編隊初始信息和編隊狀態(tài)輸出信息；所述編隊初始信息包括：編隊內(nèi)各飛行器的初始位置和初始速度；所述編隊狀態(tài)輸出信息包括：編隊內(nèi)各飛行器的地心距離、經(jīng)度、緯度、飛行速度、彈道傾角和航向角；控制器設(shè)計模塊，用于根據(jù)所述編隊狀態(tài)輸出信息設(shè)計速度方向協(xié)同控制器；目標(biāo)函數(shù)確定模塊，用于以飛行階段的編隊平均變形程度最小為目標(biāo)，根據(jù)所述期望編隊參考信息、所述編隊初始信息和所述編隊狀態(tài)輸出信息確定目標(biāo)函數(shù)；所述目標(biāo)函數(shù)表征飛行階段的編隊平均變形程度與所述編隊初始信息和所述速度方向協(xié)同控制器的控制參數(shù)的關(guān)系；優(yōu)化求解模塊，用于根據(jù)所述目標(biāo)函數(shù)，采用粒子群蟻群混合算法和序列二次規(guī)劃法對所述編隊初始信息和所述速度方向協(xié)同控制器的控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最終優(yōu)化結(jié)果；控制指令輸出模塊，用于根據(jù)所述最終優(yōu)化結(jié)果確定優(yōu)化后的速度方向協(xié)同控制器，并根據(jù)所述優(yōu)化后的速度方向協(xié)同控制器確定隨從者飛行器的攻角控制指令和傾側(cè)角控制指令。

4、一種電子設(shè)備，包括存儲器及處理器，所述存儲器用于存儲計算機(jī)程序，所述處理器運行所述計算機(jī)程序以使所述電子設(shè)備執(zhí)行上述的高超聲速飛行器編隊控制方法。

5、一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的高超聲速飛行器編隊控制方法。

6、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：本發(fā)明提供的高超聲速飛行器編隊控制方法，通過設(shè)計合理的速度方向協(xié)同控制器，并以飛行階段的編隊平均變形程度最小為目標(biāo)，對編隊初始信息和速度方向協(xié)同控制器的控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使其輸出的隨從者飛行器的攻角控制指令和傾側(cè)角控制指令能夠令隨從者飛行器在編隊飛行過程中的飛行方向與領(lǐng)導(dǎo)者飛行器保持一致，且各飛行器在整個飛行階段的飛行速度差別不大，從而實現(xiàn)期望的編隊隊形。因此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對高超聲速飛行器編隊飛行的精準(zhǔn)控制。

技術(shù)特征：

1.一種高超聲速飛行器編隊控制方法，其特征在于，所述高超聲速飛行器編隊控制方法應(yīng)用于采用領(lǐng)-從模式進(jìn)行編隊飛行的若干個高超聲速飛行器；其中，領(lǐng)導(dǎo)者飛行器沿設(shè)定飛行軌跡飛行，隨從者飛行器在速度方向協(xié)同控制器的控制下與所述領(lǐng)導(dǎo)者飛行器的飛行方向保持一致；所述高超聲速飛行器編隊控制方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高超聲速飛行器編隊控制方法，其特征在于，根據(jù)所述編隊狀態(tài)輸出信息設(shè)計速度方向協(xié)同控制器，具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高超聲速飛行器編隊控制方法，其特征在于，以飛行階段的編隊平均變形程度最小為目標(biāo)，根據(jù)所述期望編隊參考信息、所述編隊初始信息和所述編隊狀態(tài)輸出信息確定目標(biāo)函數(shù)，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高超聲速飛行器編隊控制方法，其特征在于，根據(jù)所述目標(biāo)函數(shù)，采用粒子群蟻群混合算法和序列二次規(guī)劃法對所述編隊初始信息和所述速度方向協(xié)同控制器的控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最終優(yōu)化結(jié)果，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高超聲速飛行器編隊控制方法，其特征在于，根據(jù)所述目標(biāo)函數(shù)，采用粒子群蟻群混合算法對所述編隊初始信息和所述速度方向協(xié)同控制器的控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到全局優(yōu)化結(jié)果，具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高超聲速飛行器編隊控制方法，其特征在于，根據(jù)所述優(yōu)化后的速度方向協(xié)同控制器確定隨從者飛行器的攻角控制指令和傾側(cè)角控制指令，具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高超聲速飛行器編隊控制方法，其特征在于，根據(jù)所述升力值和所述升力系數(shù)計算隨從者飛行器的攻角控制指令和傾側(cè)角控制指令，具體包括：

8.一種高超聲速飛行器編隊控制系統(tǒng)，其特征在于，所述高超聲速飛行器編隊控制系統(tǒng)應(yīng)用于采用領(lǐng)-從模式進(jìn)行編隊飛行的若干個高超聲速飛行器；其中，領(lǐng)導(dǎo)者飛行器沿設(shè)定飛行軌跡飛行，隨從者飛行器在速度方向協(xié)同控制器的控制下與所述領(lǐng)導(dǎo)者飛行器的飛行方向保持一致；所述高超聲速飛行器編隊控制系統(tǒng)包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括存儲器及處理器，所述存儲器用于存儲計算機(jī)程序，所述處理器運行所述計算機(jī)程序以使所述電子設(shè)備執(zhí)行如權(quán)利要求1至7中任意一項所述的高超聲速飛行器編隊控制方法。

10.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，其存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至7中任意一項所述的高超聲速飛行器編隊控制方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種高超聲速飛行器編隊控制方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，涉及飛行器控制技術(shù)領(lǐng)域，包括：獲取期望編隊參考信息、編隊初始信息和編隊狀態(tài)輸出信息；根據(jù)編隊狀態(tài)輸出信息設(shè)計速度方向協(xié)同控制器；以飛行階段的編隊平均變形程度最小為目標(biāo)，根據(jù)期望編隊參考信息、編隊初始信息和編隊狀態(tài)輸出信息確定目標(biāo)函數(shù)；根據(jù)目標(biāo)函數(shù)，采用粒子群蟻群混合算法和序列二次規(guī)劃法對編隊初始信息和速度方向協(xié)同控制器的控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最終優(yōu)化結(jié)果；根據(jù)最終優(yōu)化結(jié)果確定優(yōu)化后的速度方向協(xié)同控制器，并根據(jù)優(yōu)化后的速度方向協(xié)同控制器確定隨從者飛行器的攻角控制指令和傾側(cè)角控制指令。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對高超聲速飛行器編隊飛行的精準(zhǔn)控制。

技術(shù)研發(fā)人員：董希旺,張鈺清,于江龍,化永朝,劉亦石,李曉多,任章
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2