[发明专利]一种不确定条件下的变构型飞行器指令鲁棒优化设计方法

说明书

本发明公开了一种不确定条件下的变构型飞行器指令鲁棒优化设计方法，包括如下步骤：设计飞行器变构型调节策略，构建飞行器动力学模型，采用模型敏感度分析方法，确定飞行器变构型调节的代理模型；量化飞行过程中的不确定项，表征飞行器模型不确定性的传播方式，推演出变构型飞行器不确定性的具体形式；确定变构型飞行器优化性能指标，构建出变构型飞行器模型特性对闭环极限性能的约束关系，设计变构型飞行器指令的分层迭代策略，解算出不确定性条件下变构型飞行器的任务指令；采用数值仿真验证变构型飞行器所获得任务指令的有效性。本发明能够量化不确定性的影响，满足变构型飞行器不确定条件下的复杂任务要求。

技术领域

本发明涉及变构型飞行器设计技术领域，尤其是一种不确定条件下的变构型飞行器指令鲁棒优化设计方法。

背景技术

变构型飞行器运行环境更为复杂，难以精确描述其动力学特性，加之各种随机干扰使得模型具有大的不确定性。更为重要的是，变构型飞行器受到结构承载和推进效率的限制，需要对飞行状态尤其是攻角、侧滑角等进行严格约束，同时还应满足舵面饱和、热壅塞等多重约束条件，亟待突破不确定条件下变构型飞行器任务指令的鲁棒优化技术，为工程应用提供有价值的设计方法。

变构型飞行器任务包线更大，系统存在明显的多约束强耦合关系，同时飞行器受到外界强不确定扰动的影响，模型参数易变，标称情况下的优化结果往往不满足于实际的性能需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种不确定条件下的变构型飞行器指令鲁棒优化设计方法，量化不确定性的影响，将变构模型参数的不确定性融入到优化设计中形成迭代，获得飞行器的任务指令，满足变构型飞行器不确定条件下的复杂任务要求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种不确定条件下的变构型飞行器指令鲁棒优化设计方法，包括如下步骤：

步骤1、设计飞行器变构型调节策略，构建飞行器动力学模型，采用模型敏感度分析方法，确定飞行器变构型调节的代理模型；

步骤2、量化飞行过程中的不确定项，表征飞行器模型不确定性的传播方式，推演出变构型飞行器不确定性的具体形式；

步骤3、确定变构型飞行器优化性能指标，构建出变构型飞行器模型特性对闭环极限性能的约束关系，设计变构型飞行器指令的分层迭代策略，解算出不确定性条件下变构型飞行器的任务指令；

步骤4、采用数值仿真验证变构型飞行器所获得任务指令的有效性。

优选的，步骤1中，设计飞行器变构型调节策略，构建飞行器动力学模型，采用模型敏感度分析方法，确定飞行器变构型调节的代理模型具体包括如下步骤：

步骤11、针对飞行器构型，给出飞行过程中的动压、过载和热流多约束条件，采用工程估算方法估算飞行器的气动力，对飞行器几何外形进行网格划分，生成若干面元，据飞行状态，面元参数以及激波/膨胀波理论获得的各面元的来流参数，以及面元距前缘距离和非稳态速度面元数据，得到每个面元上总气动力和总压，对所有面元的力和力矩进行求和，计算出最终的气动力和力矩；

确定飞行器飞行过程的受力与力矩同变构型参数与飞行状态之间的函数关系，结合拉格朗日方程、虚功原理和密歇尔斯基等式，构建变构型飞行器的动力学模型，

式中，V和ω分别为飞行器的线速度和角速度，m和J分别表示质量和转动惯量矩阵，F和M为飞行器的气动力和力矩，δ是构型参数；

步骤12、针对构建的变构型飞行器模型数据库和非线性数学模型，采用拉丁超方采样方法，优选模型数据库中合理的样本点，通过改变数据排列顺序提高采样性能，进而对样本势能进行优化，引入物理中电场电势的含义，通过整个样本空间内的电势大小E_e进行评价