[发明专利]时间最优快速三维避障路径规划方法

摘要

本发明公开的时间最优快速三维避障路径规划方法，尤其涉及无人机避障路径规划方法，属于无人机路径规划领域。本发明公开的时间最优快速三维避障路径规划方法，通过考虑最大加速度以及障碍约束条件，建立一个以各方向加速度为控制量包含飞行时间和的无人最优控制模型；然后将原非凸非线性的优化问题松弛为一个二阶锥规划问题；最后通过迭代求解一系列二阶锥规划问题得到原问题的解并得到速度方向的最优变化策略，即通过协调飞行时间和飞行速度方向以实现时间最优的避障路径规划，能够实现避障路径和相关控制量的在线规划，且能够通过所优化的时间更优的飞行轨迹进一步提升无人机的任务反应能力。

主权项

1.时间最优快速三维避障路径规划方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：对无人机进行运动学建模并量纲归一化，建立三维无量纲运动方程；步骤二：根据无人机避障飞行的具体要求建立速度和控制量的约束条件，给出障碍的三维球和圆柱描述，选取时间最小作为优化目标，建立无人机避障路径时间最优控制问题P0；步骤三：把原无人机避障路径时间最优控制问题P0中的非线性动力学变换为线性动力学，将原P0问题转化为问题P1；时间自由最优控制问题能够通过增加一个参数转化为固定时间的最优控制问题；在原P0问题中，初始时间是固定的，末端时间是自由的；将问题P0转化为具有固定初始时间和固定结束时间的最优控制问题；步骤四：通过凸松弛将问题P1中存在或者引入的非凸约束转化为凸约束，进而把P1问题松弛为凸优化问题P2；步骤五：在[t₀,t_f]上用(N+1)个离散点将问题P2离散形成二阶锥规划问题P3；所述(N+1)个离散点即{t₀,...,t_N}；步骤六：迭代求解步骤五得到的二阶锥规划问题P3，在每次迭代中，首先计算P3中的依赖参数y(k)，然后再次求解P3问题，得到一个新的解，用于更新下一次迭代中的参数；重复这个过程，直到当前的解与上一步的解一致，即实现通过协调飞行时间和飞行速度方向以实现时间最优的避障路径规划，通过所优化的最优的避障路径飞行轨迹提升无人机执行任务的反应能力。