[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

说明书

本发明公开了一种翼伞系统航迹规划方法，包括：1、建立风固定坐标系下的翼伞降阶质点模型；2、确定翼伞系统在空投初始时刻t₀的位置和航向角、着陆时刻t_f的期望位置和期望航向角、翼伞操纵绳的最大下拉量u_max；3、建立翼伞系统航迹规划的目标函数；4、将翼伞飞行时段[t₀,t_f]划分为n个相邻区间，每个子区间内控制量取常数值以控制翼伞系统；5、求解翼伞飞行时段每个区间的最优控制量，使目标函数值取最小值；6、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。该方法得到的规划航迹满足精确且逆风着陆的要求，且航迹能量消耗较低，同时翼伞归航时的操控简单，控制量变化幅度较小，为系统提供了更大的控制量冗余，航迹平滑合理，便于跟踪。

技术领域

本发明属于翼伞航迹规划和跟踪控制技术领域，具体涉及一种翼伞系统的航迹规划方法及系统，以及跟踪规划航迹的方法及系统。

背景技术

冲压式翼伞是一种由纺织材料构成的柔性飞行器，开伞后空气由翼伞前缘切口进入气室，在气室内形成滞止压力，使翼伞能保持较为稳定的翼形并产生升力和阻力，因此翼伞具有较高升阻比、优良的滑翔性能和可控性。拉拽伞衣后缘可以调整翼伞飞行方向和速度，实现精确着陆，克服了传统圆形降落伞飞行轨迹随风飘、落点散布大的缺点，同时翼伞在着陆时可以以雀降方式无损着陆，在战场物资精确空投、自然灾害救灾物资精确空投、航天器回收等领域有广泛应用前景，得到了国内外许多研究者的关注。为翼伞系统规划出合适归航航迹是能否实现精确空投的前提之一，很大程度上决定了翼伞的着陆精度和归航控制方式，只有在合适的规划航迹的基础上才能设计合适的航迹跟踪控制器，因此航迹规划对实现翼伞精确空投具有重要意义。

翼伞系统航迹规划是指在翼伞动力学约束基础上，为翼伞系统规划出从初始空投点到目标点的、满足特定性能指标的归航航迹。早期归航主要为径向归航和锥型归航，由于其归航精度较低，现已较少采用，目前主要的翼伞系统航迹规划方法为最优控制归航法和分段归航法。