基于高斯伪谱法的飞机下降段轨迹优化

薛鹏飞, 刘小雄, 李创, 马青原

(西北工业大学 自动化学院, 陕西 西安 710072)

基于高斯伪谱法的飞机下降段轨迹优化

薛鹏飞, 刘小雄, 李创, 马青原

(西北工业大学 自动化学院, 陕西 西安 710072)

摘要:以大型运输机为研究对象,进行风干扰下的飞机下降段轨迹优化。通过对飞机下降过程的分析,建立了飞机的运动学模型、油耗模型和大气模型,得出了问题的目标函数和约束。运用高斯伪谱法把最优控制问题转化为非线性规划问题,并用序列二次规划求解非线性规划问题。仿真计算得到飞机最短下降时间的最优轨迹,讨论了不同的成本指数对下降时间和燃油消耗的影响。仿真结果表明,成本指数越大,飞机下降时间越短,燃油消耗越多。

关键词:最优控制; 序列二次规划; 最优轨迹; 成本指数

0引言

轨迹优化技术作为未来飞机空中交通管理和飞行管理的核心技术,已得到越来越多的重视。轨迹优化有利于提高飞行器飞行品质，以满足既定任务要求;轨迹优化技术的应用可以缓解机场交通的拥挤情况,降低飞行过程中的燃油消耗,提高经济效益，并满足人们的出行要求。

从早期的庞特里亚金最小值原理到新方法的出现,对飞行轨迹优化方法可归纳为两大类:直接方法和间接方法。间接方法是以变分法和庞特里亚金原理为基础,在飞机的运动方程和状态变量等约束下,对性能指标函数求取极值。其优点是解的精度较高,最优解满足一阶最优性必要条件;缺点是推导最优解的过程比较复杂和繁琐,求解两点边值问题时的收敛域小。……