1. 一种高超声速飞行器下压段自适应伪谱法轨迹优化方法,其特征在于,包括如下步骤:

S0,建立高超声速飞行器下压段的运动模型,其中:运动模型包括质心运动和绕质心转动的动力学模型、质心运动和绕质心转动的运动学模型两部分;

S1、建立高超声速飞行器下压段的动力学模型和运动学模型;其中:

运动学模型的运动学方程包括:

说明: C:\Program Files (x86)\gwssi\CPC客户端\cases\inventions\5463466a-3d34-47c1-94c9-2a60d341c5a9\others\fe1105e6-be40-499e-ac57-acd36d5e2972\100001\dest_path_image002.jpg

说明: C:\Program Files (x86)\gwssi\CPC客户端\cases\inventions\5463466a-3d34-47c1-94c9-2a60d341c5a9\others\fe1105e6-be40-499e-ac57-acd36d5e2972\100001\dest_path_image004.jpg

说明: C:\Program Files (x86)\gwssi\CPC客户端\cases\inventions\5463466a-3d34-47c1-94c9-2a60d341c5a9\others\fe1105e6-be40-499e-ac57-acd36d5e2972\100001\dest_path_image006.jpg

说明: C:\Program Files (x86)\gwssi\CPC客户端\cases\inventions\5463466a-3d34-47c1-94c9-2a60d341c5a9\others\fe1105e6-be40-499e-ac57-acd36d5e2972\100001\dest_path_image008.jpg

说明: C:\Program Files (x86)\gwssi\CPC客户端\cases\inventions\5463466a-3d34-47c1-94c9-2a60d341c5a9\others\fe1105e6-be40-499e-ac57-acd36d5e2972\100001\dest_path_image010.jpg

说明: C:\Program Files (x86)\gwssi\CPC客户端\cases\inventions\5463466a-3d34-47c1-94c9-2a60d341c5a9\others\fe1105e6-be40-499e-ac57-acd36d5e2972\100001\dest_path_image012.jpg

说明: C:\Program Files (x86)\gwssi\CPC客户端\cases\inventions\5463466a-3d34-47c1-94c9-2a60d341c5a9\others\fe1105e6-be40-499e-ac57-acd36d5e2972\100001\dest_path_image014.jpg

上式中,x是射程,h为高度,v为速度,γ为航迹角,θ为俯仰角,q为俯仰角速率,m为质量,T为推力,D为阻力,L为升力,α为攻角,My为俯仰力矩,Iy为转动惯量,mc为质量变化率;且:

说明: C:\Program Files (x86)\gwssi\CPC客户端\cases\inventions\5463466a-3d34-47c1-94c9-2a60d341c5a9\others\fe1105e6-be40-499e-ac57-acd36d5e2972\100001\dest_path_image016.jpg

说明: C:\Program Files (x86)\gwssi\CPC客户端\cases\inventions\5463466a-3d34-47c1-94c9-2a60d341c5a9\others\fe1105e6-be40-499e-ac57-acd36d5e2972\100001\dest_path_image018.jpg

说明: C:\Program Files (x86)\gwssi\CPC客户端\cases\inventions\5463466a-3d34-47c1-94c9-2a60d341c5a9\others\fe1105e6-be40-499e-ac57-acd36d5e2972\100001\dest_path_image020.jpg

说明: C:\Program Files (x86)\gwssi\CPC客户端\cases\inventions\5463466a-3d34-47c1-94c9-2a60d341c5a9\others\fe1105e6-be40-499e-ac57-acd36d5e2972\100001\dest_path_image022.jpg

上式中: 为动压,D为阻力,L为升力,My为俯仰力矩,ρ为空气密度,v为速度,Cd为阻力系数,Cl为升力系数,Cm为俯仰力矩系数;

S2、设定高超声速飞行器下压段的约束条件,包括动压约束、法向过载约束、端点约束和控制量约束;其中:

下压段动压约束为20kPa420kPa

下压段法向过载约束为07

下压段控制量约束为-6°~6°;

S3、运用数值方法自适应Radau伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题,分别以最大射程和最短时间为性能指标来进行优化;

S4、运用数值优化方法序列二次规划算法求解非线性规划问题。

2. 根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器下压段自适应伪谱法轨迹优化方法,其特征在于,S3中,运用数值方法自适应Radau伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题,此方法具体步骤为:

S31、在求解连续最优控制问题时,将整个过程划分为多个单元;

S32、每个单元再运用Radau伪谱法进行离散近似和参数化,采用全局插值多项式的有限基,在一系列离散点上近似状态变量和控制变量,进而将连续最优控制问题转化为非线性规划问题;

S33、所分单元的数目和每个单元近似用的多项式的阶数即配点数,采用一种自适应的策略获得,单元是否需要细分或者配点数是否需要增加,是由每两个配点中点处对应的状态量和控制量对运动方程组约束的满足程度决定。

3 根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器下压段自适应伪谱法轨迹优化方法,其特征在于,S4中,运用数值优化方法序列二次规划算法求解非线性规划问题,此方法具体步骤为:

S41、给定初始点及收敛精度;

S42、求解一个二次规划子问题来确定一个下降方向;

S43、通过减少价值函数来获取当前迭代点的移动步长;

S44、重复这些步骤直到满足给定精度的终止准则,得到原问题的最优解。

4. 根据权利要求13之一所述的一种高超声速飞行器下压段自适应伪谱法轨迹优化方法,其特征在于,S1中,所述高超声速飞行器下压段的整个过程,采用无动力飞行,仅考虑纵向平面内的运动,飞行过程中推力和飞行器质量变化率均为零。