[发明专利]翼伞系统航迹规划方法和系统、航迹跟踪控制方法和系统

权利要求书

1.翼伞系统航迹规划方法，其特征在于，包括：

S11、建立风固定坐标系下的翼伞降阶质点模型：

其中(x,y,h)分别为翼伞系统在风固定坐标系中水平面x方向、y方向和垂直方向的位置分量，v_s为翼伞系统水平方向速度，v_z为垂直方向速度，ψ为航向角，为航向角速率，u为与翼伞非对称下偏量对应的控制量；

S12、确定翼伞系统在空投初始时刻t₀的位置(x₀,y₀,h₀)和航向角ψ₀、翼伞系统在着陆时刻t_f的期望位置(x_f,y_f,h_f)和期望航向角ψ_f、翼伞操纵绳的最大下拉量u_max；

S13、建立翼伞系统航迹规划的目标函数：J＝f₁J₁+f₂J₂+f₃J₃；

其中J₁＝(x(t_f)-x_f)²+(y(t_f)-y_f)²，为着陆点水平位置误差目标；J₂＝cos(ψ(t_f))+1，为着陆点航向误差目标；为控制能耗目标；f₁、f₂和f₃为加权因子；x(t_f)、y(t_f)、ψ(t_f)分别为规划航迹上翼伞在着陆时刻的水平面x方向、y方向的坐标和航向角；

S14、将翼伞飞行时段[t₀,t_f]划分为n个相邻区间，每个子区间内u(t)取常数值以控制翼伞系统，即：

其中：将u(t)表示为序列[σ_k]，k＝1,…,n；

S15、求解翼伞飞行时段每个区间的最优控制量σ_k，使目标函数值J取最小值，得到最优控制量序列

S16、根据最优控制量序列和翼伞的初始状态和速度，推导出规划的航迹path(t)＝(x(t),y(t),h(t))，t∈[t₀,t_f]；

其中：h(t)＝h₀+v_zt，

2.根据权利要求1所述的翼伞系统航迹规划方法，其特征在于，所述步骤S15中采用梯度下降法求解翼伞飞行时段的最优控制量序列，具体包括：

S151、设置学习率λ，容许误差e，迭代次数最大值L，控制量步长△σ_k；在每个子区间控制量的上下界内随机初始化控制量序列为根据计算目标函数的初始值J⁰；初始化迭代次数l＝0，初始化每个子区间的负梯度

S152、更新每个子区间的控制量

如果则令如果则令

根据更新后的控制量序列计算目标函数值J^l+1；

计算当前迭代的负梯度：

S153、判断是否达到迭代结束条件，所述迭代结束条件为：当前迭代次数l≥L或目标函数值变化量|J^l+1-J^l|e；如达到迭代结束条件，则控制量序列为最优控制量序列，结束迭代；如不满足迭代结束条件，令迭代次数l＝l+1，跳转至步骤S152继续下一次迭代。