基于遗传算法的控制分配在飞艇中的应用

贾瑞, 吴梅

(西北工业大学 自动化学院, 陕西 西安 710129)

0 引言

飞艇在低速飞行或定点盘旋时,舵面效率不足会导致操纵性能下降;因此单一执行机构的控制已无法满足需求,利用推力矢量和舵面进行复合控制是一种有效的方式。复合控制中同时参与控制的执行机构不是唯一的,合理分配操纵指令以满足性能需求,就需要研究控制分配问题。对比现有的控制分配方法,非线性规划中带约束条件的二次规划能够很好地描述控制分配问题[1],物理意义直观明显,且更加贴近实际;但是传统的二次规划解法比较复杂且效率低,很难达到实时应用的目的。遗传算法具有覆盖面大和全局寻优等诸多优点,所以在处理非线性规划等问题方面有很大的潜质。

本文提出了将遗传算法和二次规划相结合的思路,将控制分配问题数学化为约束二次规划问题,然后对飞艇纵向的控制分配问题采用遗传算法进行求解,最后仿真验证了该方法的可行性。

1 推力矢量模型

推力矢量能增加飞艇的控制余度,在飞艇起降、定点等特殊飞行状态下,对改善飞艇的机动性能有巨大作用。本文研究的飞艇安装两台涵道式螺旋桨发动机,位于吊舱下方、左右对称分布,带推力矢量飞艇侧视图如图1所示。图中,δe为升降舵角;δTL为推力矢量偏角。

图1 推力矢量飞艇Fig.1 Airship with thrust vector

图2描述了推力矢量的原理,坐标系Oxyz为飞艇艇体坐标系。

图2 推力矢量原理图Fig.2 Thrust vector schematic diagram

假设某时刻发动机偏转角度在图中T位置,经过投影可以求得发动机推力在飞艇艇体坐标系下的分量表达式为: