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高超声速飞行器再入优化的惩罚法控制变量参数化。 (英语) Zbl 1421.93098号

摘要:将经典控制变量参数化(CVP)与一种新的平滑技术和两种惩罚策略相结合,开发了一种有效的轨迹优化方法,用于解决轨迹优化控制问题。由于CVP方法很难处理路径约束,因此首次采用新的平滑技术将复杂约束转化为一个平滑约束。然后,提出了两种惩罚策略来处理转换路径和终端约束,以降低计算复杂度,提高约束满意度。最后,得到了一个非线性规划问题,该问题近似于原始轨迹优化问题。误差分析表明,该方法具有良好的收敛性。通过一个通用的高超声速巡航飞行器弹道优化算例,验证了该方法的性能。数值结果表明,路径和终端条件都得到了很好的满足,获得了较好的弹道剖面,表明了该方法的有效性。

MSC公司:

93立方厘米 控制理论中的应用模型
93立方厘米 由常微分方程控制的控制/观测系统
90立方 非线性规划
90C20个 二次规划

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SOCS系统
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参考文献:

[1] Abeyratne,R.,《商业太空旅行:安全和其他影响》,《运输安全杂志》,6,3,257-270(2013)
[2] Betts,J.T.,《使用非线性规划进行最优控制和估计的实用方法》(2010年),宾夕法尼亚州费城:SIAM,费城·Zbl 1189.49001号
[3] Biegler,L.T。;塞万提斯,A.M。;Wächter,A.,《动态过程优化同步策略的进展》,《化学工程杂志》,57,4,575-593(2002)
[4] Bryson,A.E。;Ho,Y.C.,《应用最优控制:优化、估计和控制》(1975年),纽约州纽约市:Taylor&Francis,纽约州
[5] Dalle,D.J。;托雷斯,S.M。;Driscoll,J.F。;博兰德,医学硕士。;Bowcutt,K.G.,使用替代优化的高超声速飞行器的最低燃油爬升,《飞机杂志》,51,6,1973-1986(2014)
[6] Darby,C.L。;海格,W.W。;Rao,A.V.,使用可变低阶自适应伪谱方法进行直接弹道优化,《航天器与火箭杂志》,48,3,433-445(2011)
[7] Dong,C。;蔡毅,高超声速滑翔飞行器弹性初始再入弹道优化,航天工程学报,30,5,1-13。(2017)
[8] Duan,H。;Li,S.,基于人工蜂群的高超声速飞行器再入弹道优化直接配置,IEEE航空航天与电子系统学报,51,1615-626(2015)
[9] Z.Feng。;特奥,K.L。;Rehbock,V.,《使用投影Newton型算法实现半无限规划的平滑方法》,《工业与管理优化杂志》,第5期,第141-151页(2009年)·Zbl 1158.90409号
[10] 龚,Z。;刘,C。;Wang,Y.,具有多时滞和改变控制成本的切换系统的最优控制,工业与管理优化杂志·Zbl 1412.49011号 ·doi:10.3934/jimo.2017042
[11] 格兰特,M.J。;Braun,R.D.,《高超音速飞行任务概念设计的快速间接弹道优化》,《航天器与火箭杂志》,52,1,177-182(2015)
[12] Hadiyanto,H。;Esveld,D。;右吊杆。;Van Straten,G。;Van Boxtel,A.,《用于烘焙优化的基于灵敏度的细化控制向量参数化,食品和生物制品加工》,86,2,130-141(2008)
[13] Jorris,T.R.,《满足航路点和无飞区约束的通用飞行器自主再入弹道优化》(2007),俄亥俄州:俄亥俄州空军技术研究所
[14] 卡亚,C.Y。;Noakes,J.L.,时间最优开关控制的计算方法,优化理论与应用杂志,117,1,69-92(2003)·Zbl 1029.49029号
[15] Lee,H.W。;Chan,C.K。;Yau,K。;Wong,K.H。;Myburgh,C.,控制循环水池中多物种无功传输的控制参数化和有限元方法,《工业与管理优化杂志》,9,505-524(2013)·Zbl 1275.49048号
[16] Lee,H.W。;Teo,K.L。;雷博克,V。;Jennings,L.S.,时间最优控制问题的控制参数化增强技术,动态系统与应用,6,2,243-262(1997)·Zbl 0894.49018号
[17] 林,Q。;罗克斯顿。;Teo,K.L.,《非线性最优控制的控制参数化方法:综述》,《工业与管理优化杂志》,10,1,275-309(2014)·Zbl 1276.49025号
[18] 林,Q。;罗克斯顿。;Teo,K.L。;Wu,Y.H.,带停止约束的最优控制问题,《全局优化杂志》,63,4835-861(2015)·Zbl 1333.49006号
[19] 刘,C。;龚,Z。;Teo,K.L。;Sun,J。;Caccetta,L.,1,3-丙二醇微生物进料分批过程中产生的鲁棒多目标最优切换控制,非线性分析混合系统,25,1-20(2017)·Zbl 1378.49043号
[20] 刘杰。;Teo,K.L。;王,X。;Wu,C.,一种基于精确罚函数的约束全局优化差分搜索算法,软计算,20,4,1305-1313(2015)
[21] 刘,P。;李·G。;刘,X。;Zhang,Z.,复杂多变量化工过程系统的新型快速动态优化方法,加拿大化学工程杂志,94,12,2355-2363(2016)
[22] 刘,P。;李,X。;刘,X。;Hu,Y.,基于改进平滑技术的控制向量参数化方法,用于不等式路径约束的最优控制问题,最优控制应用与方法,38,4,586-600(2017)·Zbl 1371.49022号
[23] 刘,P。;Liu,X.,最优控制问题基于经验模式分解的时间网格细化优化方法,optimization Letters,11,7,1243-1256(2017)·Zbl 1380.49043号
[24] 刘,X。;沈,Z。;Lu,P.,通过二阶锥规划优化进入轨道,制导、控制和动力学杂志,39,2,227-241(20152016)
[25] 刘,X。;胡,Y。;冯,J。;Liu,K.,路径约束不等式非线性动态优化问题的一种新的惩罚方法,IEEE自动控制汇刊,59,10,2863-2867(2014)·Zbl 1360.49021号
[26] 罗克斯顿。;Teo,K.L。;Rehbock,V.,目标和约束中具有多个特征时间点的最优控制问题,Automatica,44,11,2923-2929(2008)·Zbl 1160.49033号
[27] 罗克斯顿。;林,Q。;雷博克,V。;Teo,K.L.,带连续不等式约束的最优控制问题的控制参数化:新的收敛结果,数值代数,控制与优化,2,3,571-599(2012)·Zbl 1256.65065号
[28] 罗克斯顿。;Teo,K.L。;雷博克,V。;Yiu,K.F.C.,状态和控制上具有连续不等式约束的最优控制问题,Automatica,45,10,2250-2257(2009)·Zbl 1179.49032号
[29] Luenberger,D.G。;Ye,Y.,线性和非线性规划(2008),纽约州纽约市:Springer,纽约州·Zbl 1207.90003号
[30] 马丁·R。;Teo,K.L.,《癌症化疗中药物给药的最佳控制》(1994年),新加坡:世界科学出版社,新加坡·Zbl 0870.92006号
[31] 帕伦博,R。;莫拉尼,G。;Cicala,M.,《用于任务分析的再入轨道优化》,《航天器与火箭杂志》,54,1,331-336(2017)
[32] 帕特森,硕士。;海格,W.W。;Rao,A.V.,最优控制的ph网格细化方法,最优控制应用和方法,36,4,398-421(2015)·Zbl 1329.49048号
[33] 佩斯切利,F。;Minisci,E。;Brown,R.,《存在大气不确定性时SSTO飞行器的再进轨迹优化》(2013年),慕尼黑
[34] Phillips,T.H.,《通用航空飞行器(CAV)模型、说明和使用指南》(2003年)
[35] Poustini,M.J。;Esmaelzadeh,R。;Adami,A.,基于直接转录和微分平面度的轨迹优化新方法,《宇航学报》,107,1-13(2015)
[36] 拉普,M。;Zsifkovits,M。;Pickl,S.,运动目标搜索运动约束下的轨迹优化。,计算机与运筹学,88,324-331(2017)·Zbl 1391.90339号
[37] Rizvi,S.T.U.I。;He,L。;Xu,D.,具有热负荷约束的高超声速助推-滑移乘波器的最优弹道分析,飞机工程与航空航天技术,87,1,67-78(2015)
[38] Starkey,R.P.,《高超音速飞行器遥测断电分析》,《航天器与火箭杂志》,52,2,426-438(2015)
[39] 孙,Y。;Duan,G.R。;张先生。,基于改进高斯伪谱方法的高超声速飞行器再入轨迹在线优化第三十一届中国控制会议(2012)论文集,合肥
[40] 孙,Y。;Hou,M.Z。;Duan,G.R。;Liang,X.L.,基于改进高斯伪谱方法的在线最优自主再入制导,科学中国信息科学,57,5,1-16(2014)·Zbl 1331.49059号
[41] 孙,Y。;Zhang,M.,高超声速飞行器最优再入段弹道的高斯伪谱方法。智能控制和信息处理国际会议(2011),哈尔滨
[42] Sundarlingam,R.,使用迭代动态规划对不等式状态约束系统进行动态优化的两步方法,工业与工程化学,54,31,7658-7667(2015)
[43] Teo,K.L.,最优控制问题的统一计算方法,第一届世界非线性分析师大会论文集(1996),美国佛罗里达州;坦帕:Walter de Gruyter&Co,美国佛罗里达州;坦帕·Zbl 0846.49014号
[44] Teo,K.L。;高,C。;Wong,K.,《最优控制问题的统一计算方法》(1991年),纽约州纽约市:Longman Scientific&Technical,纽约州·Zbl 0747.49005号
[45] Teo,K.L。;雷博克,V。;Jennings,L.S.,函数不等式约束优化问题的计算算法,Automatica,26,3,789-792(1993)·Zbl 0775.49003号
[46] Vassiliadis,V.S。;坎托,E.B。;Banga,J.R.,一般动态系统的二阶灵敏度及其在最优控制问题中的应用,化学工程杂志,54,17,3851-3860(1999)
[47] Wang,J.H。;Liu,L.H。;王,P。;Tang,G.J.,高超声速飞行器俯冲阶段的制导和控制系统设计,航天科技,53,47-60(2016)
[48] 张,M。;孙,Y。;Duan,G.,用增强参数化方法优化高超声速飞行器再入弹道。第三届航空航天系统与控制国际研讨会(2010),哈尔滨
[49] Zhang,T.T。;王振国。;黄,W。;Yan,L.,概念设计期间超音速滑翔飞行器配置的参数化和优化,航空航天科技,58,225-234(2016)
[50] Zhang,Y。;李,R。;薛,T。;刘,Z。;Yao,Z.,高超声速飞行器高阶滑模跟踪控制的稳定性和抖振抑制分析,信息科学,348,25-48(2016)·Zbl 1398.93271号
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