一種表面局部凸起飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法與流程

一種表面局部凸起飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法與流程

1.本發(fā)明涉及一種表面局部凸起飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法，屬于飛行器氣動(dòng)力建模技術(shù)領(lǐng)域。


背景技術(shù)：

2.飛行器一般是通過(guò)空氣舵來(lái)控制姿態(tài)，但空氣舵會(huì)限制飛行器氣動(dòng)性能提升。低速大攻角時(shí)，舵面效率會(huì)降低，高速時(shí)，舵面會(huì)增加阻力，并面臨嚴(yán)酷的氣動(dòng)加熱。隨著對(duì)隱身性能需求提高，而舵面是雷達(dá)反射源，制約著隱身性能。由此，無(wú)舵面控制技術(shù)成為目前姿態(tài)控制的熱點(diǎn)，是未來(lái)姿態(tài)控制的重要發(fā)展方向之一。
3.未來(lái)可通過(guò)智能材料在飛行器表面產(chǎn)生局部變形任意生成凸起，實(shí)時(shí)控制飛行器姿態(tài)，是一種新型的無(wú)舵面控制技術(shù)。凸起(如厘米量級(jí)半球形凸起)可以通過(guò)改變局部壓力分布來(lái)改變氣動(dòng)力矩，從而實(shí)現(xiàn)控制飛行器姿態(tài)。實(shí)時(shí)根據(jù)飛行器飛行狀態(tài)，得到需要凸起產(chǎn)生多大力矩，從而確定凸起位置。基于機(jī)器學(xué)習(xí)建立凸起的氣動(dòng)力模型，在此基礎(chǔ)上，建立氣動(dòng)力優(yōu)化控制方案。傳統(tǒng)的優(yōu)化方案響應(yīng)慢，對(duì)于復(fù)雜模型魯棒性差，并且輸入模型為機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型，較為復(fù)雜，傳統(tǒng)優(yōu)化方案難以解決。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供了一種表面局部凸起飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法，針對(duì)在線優(yōu)化任意給定氣動(dòng)力指標(biāo)下的最優(yōu)凸起位置耗時(shí)長(zhǎng)、魯棒性差的問(wèn)題，該方法基于智能優(yōu)化算法，建立任意給定氣動(dòng)力的智能優(yōu)化控制方案。
5.本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
6.本發(fā)明公開(kāi)了一種表面局部凸起飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法，包括：
7.s1、加載表面局部凸起飛行器氣動(dòng)力模型；
8.s2、根據(jù)優(yōu)化指標(biāo)判斷優(yōu)化類(lèi)別；若判斷優(yōu)化類(lèi)別為雙通道控制模型，進(jìn)入步驟s3，若判斷優(yōu)化類(lèi)別為單通道無(wú)約束模型，進(jìn)入步驟s4,若判斷優(yōu)化類(lèi)別為單通道有約束模型，進(jìn)入步驟s5；
9.s3、設(shè)置優(yōu)化參數(shù)；依據(jù)所述氣動(dòng)力模型和優(yōu)化參數(shù)，利用粒子算法求解雙點(diǎn)控制的最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；進(jìn)入步驟s8；
10.s4、設(shè)置優(yōu)化參數(shù)；依據(jù)所述氣動(dòng)力模型和優(yōu)化參數(shù)，利用蟻算法求解單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；進(jìn)入步驟s6；
11.s5、設(shè)置優(yōu)化參數(shù)；依據(jù)所述氣動(dòng)力模型和優(yōu)化參數(shù)，利用物理模型求解單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
12.s6、根據(jù)單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)得到俯仰力矩或偏航力矩的取值范圍；
13.s7、判斷優(yōu)化指標(biāo)是否在取值范圍內(nèi)，如果是，采用蟻算法求解單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，如果不是，采用蟻算法求解雙點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
14.s8、結(jié)束。
15.在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，根據(jù)優(yōu)化指標(biāo)判斷優(yōu)化類(lèi)別，具體步驟為：
16.(1)如果所述優(yōu)化指標(biāo)為一個(gè)通道的偏航力矩或俯仰力矩，所述優(yōu)化類(lèi)別為單通道無(wú)約束模型；
17.(2)如果所述優(yōu)化指標(biāo)為一個(gè)通道的偏航力矩或俯仰力矩，且另一個(gè)通道的優(yōu)化指標(biāo)為0，則所述優(yōu)化類(lèi)別為單通道有約束模型；
18.(3)如果所述優(yōu)化指標(biāo)為兩個(gè)通道的偏航力矩和俯仰力矩，則所述優(yōu)化類(lèi)別為雙通道控制模型。
19.在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，所述設(shè)置優(yōu)化參數(shù)，具體方法為：
20.(4)確定優(yōu)化類(lèi)別為單通道無(wú)約束模型，設(shè)置單通道無(wú)約束優(yōu)化參數(shù)；
21.當(dāng)約束參數(shù)為偏航力矩的優(yōu)化指標(biāo)時(shí)，單通道優(yōu)化參數(shù)計(jì)算公式為：
22.minf(x)
23.s.t.dmyg＝k1
24.其中，x為氣動(dòng)力模型坐標(biāo)，f為軸向力，dmyg為偏航力矩，min為取最小值，k1為偏航力矩的優(yōu)化指標(biāo)；
25.當(dāng)約束參數(shù)為俯仰力矩的優(yōu)化指標(biāo)時(shí)，單通道優(yōu)化參數(shù)計(jì)算公式為：
26.minf(x)
27.s.t.dmzg＝k2
28.其中，dmzg為俯仰力矩，k2為俯仰力矩的優(yōu)化指標(biāo)；
29.(5)確定優(yōu)化類(lèi)別為單通道有約束模型，設(shè)置單通道有約束優(yōu)化參數(shù)；
30.當(dāng)約束參數(shù)為偏航力矩的優(yōu)化指標(biāo)時(shí)，單通道優(yōu)化參數(shù)計(jì)算公式為：
31.minf(x)
32.s.t.dmzg＝k1
33.dmyg＝0
34.當(dāng)約束參數(shù)為俯仰力矩的優(yōu)化指標(biāo)時(shí)，單通道優(yōu)化參數(shù)計(jì)算公式為：
35.minf(x)
36.s.t.dmzg＝0
37.dmyg＝k2
38.(6)確定優(yōu)化類(lèi)別為雙通道模型，設(shè)置雙通道優(yōu)化參數(shù)；
39.所述設(shè)置雙通道優(yōu)化參數(shù)，方法為：
40.minf(x)
41.s.t.dmyg＝k1
42.dmzg＝k2
43.其中，f為軸向力，dmyg為偏航力矩，dmzg為俯仰力矩。
44.在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，所述利用粒子算法求解雙點(diǎn)控制的最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，具體方法為：
45.(1)初始化所述粒子的的初始坐標(biāo)點(diǎn)、初始速度；
46.(2)根據(jù)所述氣動(dòng)力模型，計(jì)算初始坐標(biāo)點(diǎn)的雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)；
47.(3)根據(jù)所述初始坐標(biāo)點(diǎn)的雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，選取初始時(shí)刻的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全
局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
48.(4)以此類(lèi)推，根據(jù)t時(shí)刻的坐標(biāo)點(diǎn)和速度，計(jì)算t+1時(shí)刻的坐標(biāo)點(diǎn)和速度；其中，t＝0
…
n，n為最大迭代次數(shù)；
49.(5)根據(jù)所述氣動(dòng)力模型，計(jì)算t+1時(shí)刻的坐標(biāo)點(diǎn)的雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)選取t+1時(shí)刻的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
50.(6)判斷是否已達(dá)到最大迭代次數(shù)或全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)的值不變，若是，則退出迭代，輸出全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)為雙點(diǎn)控制的最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，否則返回步驟(4)。
51.在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，所述利用蟻算法求解單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，具體步驟為：
52.(1)初始化轉(zhuǎn)移概率、信息素?fù)]發(fā)系數(shù)和初始時(shí)刻蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)；
53.(2)根據(jù)所述氣動(dòng)力模型，得到初始時(shí)刻蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)的單點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)；
54.(3)根據(jù)初始時(shí)刻蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)的單點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，選取初始時(shí)刻的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
55.(4)根據(jù)信息素?fù)]發(fā)系數(shù)計(jì)算信息素，根據(jù)信息素計(jì)算轉(zhuǎn)移概率；
56.(5)以此類(lèi)推，根據(jù)t時(shí)刻蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)和轉(zhuǎn)移概率計(jì)算t+1時(shí)刻的蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)；其中，t＝0
…
n-1，n為最大迭代次數(shù)；
57.(6)根據(jù)所述氣動(dòng)力模型，計(jì)算t+1時(shí)刻的蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)的單點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)；
58.(7)根據(jù)t+1時(shí)刻的單點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，選取t+1時(shí)刻的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
59.(8)判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)或全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)不變，若是，則輸出全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)為單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；否則，返回步驟(5)。
60.在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，所述利用物理模型求解單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，具體方法為：
61.利用所述優(yōu)化控制輸入模型和飛行器的物理特性，在dmzg＝0 的壓心坐標(biāo)附近區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格點(diǎn)劃分，通過(guò)逐點(diǎn)遍歷以及壓心附近俯仰力矩的變化趨勢(shì)尋滿足俯仰力矩小于給定誤差小量e1的坐標(biāo)點(diǎn)；
62.或：利用所述優(yōu)化控制輸入模型和飛行器的物理特性，在 dmyg＝0的飛行器的對(duì)稱軸處附近區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格點(diǎn)劃分，通過(guò)逐點(diǎn)遍歷以及對(duì)稱軸附近偏航力矩的變化趨勢(shì)尋滿足偏航力矩小于誤差小量e2的坐標(biāo)點(diǎn)；
63.根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)，利用蟻算法求解單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)。
64.在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，所述根據(jù)單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)得到俯仰力矩或偏航力矩的取值范圍，具體方法為：
65.根據(jù)氣動(dòng)力模型，得到單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的俯仰力矩或偏航力矩，將該俯仰力矩或偏航力矩確定為所述取值范圍的最大值，取值范圍的最小值為0。
66.在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，所述采用蟻算法求解雙點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，具體方法為：
67.(1)初始化轉(zhuǎn)移概率、信息素?fù)]發(fā)系數(shù)；
68.(2)根據(jù)所述氣動(dòng)力模型，得到隨機(jī)指定的兩個(gè)初始蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)的雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)；
69.(3)根據(jù)所述雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，選取初始時(shí)刻的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
70.(4)根據(jù)信息素?fù)]發(fā)系數(shù)計(jì)算信息素，根據(jù)信息素計(jì)算轉(zhuǎn)移概率；
71.(5)以此類(lèi)推，根據(jù)t時(shí)刻蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)和轉(zhuǎn)移概率計(jì)算t+1時(shí)刻的蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)；其中，t＝0
…
n-1，n為最大迭代次數(shù)；
72.(6)根據(jù)所述氣動(dòng)力模型，計(jì)算t+1時(shí)刻的蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)的雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)；
73.(7)根據(jù)t+1時(shí)刻的雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，選取t+1時(shí)刻的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
74.(8)判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)或全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)不變，若是，則輸出全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)為單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；否則，返回步驟(5)。
75.在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，所述雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)為：
[0076][0077]
式中，t(x)為雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，f(xi)為xi坐標(biāo)點(diǎn)的軸向力，σ為懲罰因子，li為歸一化系數(shù)，pi為懲罰函數(shù)，xi為氣動(dòng)力模型的坐標(biāo)點(diǎn)；
[0078]
歸一化系數(shù)，公式為：
[0079][0080]
式中，li為歸一化系數(shù)，pi為懲罰函數(shù)；
[0081]
偏航力矩的懲罰函數(shù)，公式為：
[0082][0083]
其中，dmyg為偏航力矩，k1為偏航力矩的優(yōu)化指標(biāo)，e1為偏航力矩的誤差小量；
[0084]
俯仰力矩的懲罰函數(shù)，公式為：
[0085][0086]
其中，dmzg為俯仰力矩，k2為俯仰力矩的優(yōu)化指標(biāo)，e2為俯仰力矩的誤差小量。
[0087]
在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，所述局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算公式為：
[0088]
局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，公式為：
[0089]
pbestk＝argmin(t(xi))
[0090]
其中，i為粒子序號(hào)，i＝1,2,
…
m，m為粒子規(guī)模， argmin(t(xi))為使目標(biāo)函數(shù)t(xi)取最小值時(shí)的變量xi的值；
[0091]
全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，公式為：
[0092]
gbest＝argmin(gbest,pbestk)
[0093]
其中，argmin(gbest,pbestk)為取gbest、pbestk二者中的較小值。
[0094]
在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，所述計(jì)算t+1時(shí)刻氣動(dòng)力模型的坐標(biāo)點(diǎn)和速度，公式為：
[0095][0096][0097]
其中，ω為收斂參數(shù)，c1,c2為學(xué)習(xí)因子，r1,r2為兩個(gè)0～1之間的隨機(jī)數(shù)；xi為第i個(gè)粒子坐標(biāo)點(diǎn)，為第k個(gè)粒子第t次迭代的坐標(biāo)點(diǎn)，為第k個(gè)粒子第t次迭代的迭代速度；pbestk為當(dāng)前粒子的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，gbest為全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)。
[0098]
在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，根據(jù)信息素?fù)]發(fā)系數(shù)計(jì)算信息素，根據(jù)信息素計(jì)算轉(zhuǎn)移概率，具體方法為：
[0099]
所述信息素，計(jì)算公式為：
[0100][0101]
其中，τ
ij
為i與j之間的信息素，ρ為信息素?fù)]發(fā)系數(shù)，為信息素增量，q為常數(shù)，lk為當(dāng)前螞蟻?zhàn)哌^(guò)的路徑長(zhǎng)度。
[0102]
所述轉(zhuǎn)移概率，計(jì)算公式為：
[0103][0104]
其中，α,β為重要程度因子，τ
ij
(t)為i與j之間的信息素，η
ij
＝1/d
ij
，d
ij
為i和j之間的距離；
[0105][0106]
其中，x為坐標(biāo)點(diǎn)。
[0107]
在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，所述單點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，公式為：
[0108][0109]
式中，t(x)為加入懲罰函數(shù)的單點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，f(x)為x坐標(biāo)點(diǎn)的軸向力，σ為懲罰因子，li為歸一化系數(shù)，pi為懲罰函數(shù)，x為氣動(dòng)力模型的坐標(biāo)點(diǎn)。
[0110]
在上述飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法中，根據(jù)t時(shí)刻蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)和轉(zhuǎn)移概率計(jì)算t+1時(shí)刻的蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)，具體方法為：
[0111][0112]
其中，x(t)為t時(shí)刻坐標(biāo)，x(t+1)為t+1時(shí)刻坐標(biāo)，step為給定步長(zhǎng)，i為當(dāng)前的迭代次數(shù)。
[0113]
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：
[0114]
1)本發(fā)明采用智能優(yōu)化算法蟻算法(aco)和粒子算法(pso) 作為優(yōu)化算法，相比于傳統(tǒng)優(yōu)化控制方法，計(jì)算效率高，魯棒性好，精度高，對(duì)于基于機(jī)器學(xué)習(xí)得到的復(fù)雜模型，智能優(yōu)化算法更易實(shí)現(xiàn)。
[0115]
2)本發(fā)明可以加載導(dǎo)入不同類(lèi)別的氣動(dòng)力模型，隨著模型的更新，可以獲得不同的優(yōu)化方案，提升了優(yōu)化控制的靈活性。
[0116]
3)本發(fā)明采用智能優(yōu)化算法對(duì)于復(fù)雜模型的優(yōu)化控制更能解決模型的復(fù)雜度問(wèn)題，算法具有更高的精度和可擴(kuò)展性，為后續(xù)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
附圖說(shuō)明
[0117]
圖1為本發(fā)明氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法流程圖；
[0118]
圖2為本發(fā)明約束俯仰力矩下偏航力矩控制區(qū)域示意圖；
[0119]
圖3為本發(fā)明約束偏航力矩下俯仰力矩控制區(qū)域示意圖。
具體實(shí)施方式
[0120]
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0121]
如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種表面局部凸起飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法，包括：
[0122]
本發(fā)明公開(kāi)了一種表面局部凸起飛行器氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法，包括：
[0123]
步驟1、加載表面局部凸起飛行器氣動(dòng)力模型；
[0124]
步驟2、根據(jù)優(yōu)化指標(biāo)判斷優(yōu)化類(lèi)別；若判斷優(yōu)化類(lèi)別為雙通道控制模型，進(jìn)入步驟3，若判斷優(yōu)化類(lèi)別為單通道無(wú)約束模型，進(jìn)入步驟4,若判斷優(yōu)化類(lèi)別為單通道有約束模型，進(jìn)入步驟5；
[0125]
步驟3、設(shè)置優(yōu)化參數(shù)；依據(jù)氣動(dòng)力模型和優(yōu)化參數(shù)，利用粒子算法求解雙點(diǎn)控制的最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；進(jìn)入步驟8；
[0126]
步驟4、設(shè)置優(yōu)化參數(shù)；依據(jù)氣動(dòng)力模型和優(yōu)化參數(shù)，利用蟻算法求解單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；進(jìn)入步驟6；
[0127]
步驟5、設(shè)置優(yōu)化參數(shù)；依據(jù)氣動(dòng)力模型和優(yōu)化參數(shù)，利用物理模型求解單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
[0128]
步驟6、根據(jù)單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)得到俯仰力矩或偏航力矩的取值范圍；
[0129]
步驟7、判斷優(yōu)化指標(biāo)是否在取值范圍內(nèi)，如果是，采用蟻算法求解單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，如果不是，采用蟻算法求解雙點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
[0130]
步驟8、結(jié)束。
[0131]
根據(jù)優(yōu)化指標(biāo)判斷優(yōu)化類(lèi)別，具體步驟為：
[0132]
(1)如果優(yōu)化指標(biāo)為一個(gè)通道的偏航力矩或俯仰力矩，優(yōu)化類(lèi)別為單通道無(wú)約束模型；
[0133]
(2)如果優(yōu)化指標(biāo)為一個(gè)通道的偏航力矩或俯仰力矩，且另一個(gè)通道的優(yōu)化指標(biāo)為0，則優(yōu)化類(lèi)別為單通道有約束模型；
[0134]
(3)如果優(yōu)化指標(biāo)為兩個(gè)通道的偏航力矩和俯仰力矩，則優(yōu)化類(lèi)別為雙通道控制
模型。
[0135]
根據(jù)優(yōu)化類(lèi)別設(shè)置優(yōu)化參數(shù)，具體方法為：
[0136]
(7)確定優(yōu)化類(lèi)別為單通道無(wú)約束模型，設(shè)置單通道無(wú)約束優(yōu)化參數(shù)；
[0137]
當(dāng)約束參數(shù)為偏航力矩的優(yōu)化指標(biāo)時(shí)，單通道優(yōu)化參數(shù)計(jì)算公式為：
[0138]
min f(x)
[0139]
s.t.dmyg＝k1
[0140]
其中，x為氣動(dòng)力模型坐標(biāo)，f為軸向力，dmyg為偏航力矩， min為取最小值，k1為偏航力矩的優(yōu)化指標(biāo)；
[0141]
當(dāng)約束參數(shù)為俯仰力矩的優(yōu)化指標(biāo)時(shí)，單通道優(yōu)化參數(shù)計(jì)算公式為：
[0142]
min f(x)
[0143]
s.t.dmzg＝k2
[0144]
其中，dmzg為俯仰力矩，k2為俯仰力矩的優(yōu)化指標(biāo)；
[0145]
(8)確定優(yōu)化類(lèi)別為單通道有約束模型，設(shè)置單通道有約束優(yōu)化參數(shù)；
[0146]
當(dāng)約束參數(shù)為偏航力矩的優(yōu)化指標(biāo)時(shí)，單通道優(yōu)化參數(shù)計(jì)算公式為：
[0147]
min f(x)
[0148]
s.t.dmzg＝k1
[0149]
dmyg＝0
[0150]
當(dāng)約束參數(shù)為俯仰力矩的優(yōu)化指標(biāo)時(shí)，單通道優(yōu)化參數(shù)計(jì)算公式為：
[0151]
min f(x)
[0152]
s.t.dmzg＝0
[0153]
dmyg＝k2
[0154]
(9)確定優(yōu)化類(lèi)別為雙通道模型，設(shè)置雙通道優(yōu)化參數(shù)；
[0155]
設(shè)置雙通道優(yōu)化參數(shù)，方法為：
[0156]
min f(x)
[0157]
s.t.dmyg＝k1
[0158]
dmzg＝k
[0159]
其中，f為軸向力，dmyg為偏航力矩，dmzg為俯仰力矩。
[0160]
利用粒子算法求解雙點(diǎn)控制的最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，具體方法為：
[0161]
(1)初始化粒子的的初始坐標(biāo)點(diǎn)、初始速度；
[0162]
(2)根據(jù)氣動(dòng)力模型，計(jì)算初始坐標(biāo)點(diǎn)的雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)；
[0163]
(3)根據(jù)初始坐標(biāo)點(diǎn)的雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，選取初始時(shí)刻的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
[0164]
(4)以此類(lèi)推，根據(jù)t時(shí)刻的坐標(biāo)點(diǎn)和速度，計(jì)算t+1時(shí)刻的坐標(biāo)點(diǎn)和速度；其中，t＝0
…
n，n為最大迭代次數(shù)；
[0165]
(5)根據(jù)氣動(dòng)力模型，計(jì)算t+1時(shí)刻的坐標(biāo)點(diǎn)的雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)選取t+1時(shí)刻的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
[0166]
(6)判斷是否已達(dá)到最大迭代次數(shù)或全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)的值不變，若是，則退出迭代，輸出全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)為雙點(diǎn)控制的最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，否則返回步驟(4)。
[0167]
利用蟻算法求解單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，具體步驟為：
[0168]
(1)初始化轉(zhuǎn)移概率、信息素?fù)]發(fā)系數(shù)和初始時(shí)刻蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)；
[0169]
(2)根據(jù)氣動(dòng)力模型，得到初始時(shí)刻蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)的單點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)；
[0170]
(3)根據(jù)初始時(shí)刻蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)的單點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，選取初始時(shí)刻的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
[0171]
(4)根據(jù)信息素?fù)]發(fā)系數(shù)計(jì)算信息素，根據(jù)信息素計(jì)算轉(zhuǎn)移概率；
[0172]
(5)以此類(lèi)推，根據(jù)t時(shí)刻蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)和轉(zhuǎn)移概率計(jì)算t+1時(shí)刻的蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)；其中，t＝0
…
n-1，n為最大迭代次數(shù)；
[0173]
(6)根據(jù)氣動(dòng)力模型，計(jì)算t+1時(shí)刻的蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)的單點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)；
[0174]
(7)根據(jù)t+1時(shí)刻的單點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，選取t+1時(shí)刻的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
[0175]
(8)判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)或全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)不變，若是，則輸出全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)為單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；否則，返回步驟(5)。
[0176]
利用物理模型求解單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，具體方法為：
[0177]
利用優(yōu)化控制輸入模型和飛行器的物理特性，在dmzg＝0的壓心坐標(biāo)附近區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格點(diǎn)劃分，通過(guò)逐點(diǎn)遍歷以及壓心附近俯仰力矩的變化趨勢(shì)尋滿足俯仰力矩小于給定誤差小量e1的坐標(biāo)點(diǎn)；
[0178]
或：利用優(yōu)化控制輸入模型和飛行器的物理特性，在dmyg＝0的飛行器的對(duì)稱軸處附近區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格點(diǎn)劃分，通過(guò)逐點(diǎn)遍歷以及對(duì)稱軸附近偏航力矩的變化趨勢(shì)尋滿足偏航力矩小于誤差小量e2的坐標(biāo)點(diǎn)；
[0179]
根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)，利用蟻算法求解單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)。
[0180]
根據(jù)單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)得到俯仰力矩或偏航力矩的取值范圍，具體方法為：
[0181]
根據(jù)氣動(dòng)力模型，得到單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的俯仰力矩或偏航力矩，將該俯仰力矩或偏航力矩確定為取值范圍的最大值，取值范圍的最小值為0。
[0182]
采用蟻算法求解雙點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，具體方法為：
[0183]
(1)初始化轉(zhuǎn)移概率、信息素?fù)]發(fā)系數(shù)；
[0184]
(2)根據(jù)氣動(dòng)力模型，得到隨機(jī)指定的兩個(gè)初始蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)的雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)；
[0185]
(3)根據(jù)雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，選取初始時(shí)刻的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
[0186]
(4)根據(jù)信息素?fù)]發(fā)系數(shù)計(jì)算信息素，根據(jù)信息素計(jì)算轉(zhuǎn)移概率；
[0187]
(5)以此類(lèi)推，根據(jù)t時(shí)刻蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)和轉(zhuǎn)移概率計(jì)算t+1時(shí)刻的蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)；其中，t＝0
…
n-1，n為最大迭代次數(shù)；
[0188]
(6)根據(jù)氣動(dòng)力模型，計(jì)算t+1時(shí)刻的蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)的雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)；
[0189]
(7)根據(jù)t+1時(shí)刻的雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，選取t+1時(shí)刻的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；
[0190]
(8)判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)或全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)不變，若是，則輸出全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)為單點(diǎn)控制最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)；否則，返回步驟(5)。
[0191]
雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)為：
[0192]
[0193]
式中，t(x)為雙點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，f(xi)為xi坐標(biāo)點(diǎn)的軸向力，σ為懲罰因子，li為歸一化系數(shù)，pi為懲罰函數(shù)，xi為氣動(dòng)力模型的坐標(biāo)點(diǎn)；
[0194]
歸一化系數(shù)，公式為：
[0195][0196]
式中，li為歸一化系數(shù)，pi為懲罰函數(shù)；
[0197]
偏航力矩的懲罰函數(shù)，公式為：
[0198][0199]
其中，dmyg為偏航力矩，k1為偏航力矩的優(yōu)化指標(biāo)，e1為偏航力矩的誤差小量；
[0200]
俯仰力矩的懲罰函數(shù)，公式為：
[0201][0202]
其中，dmzg為俯仰力矩，k2為俯仰力矩的優(yōu)化指標(biāo)，e2為俯仰力矩的誤差小量。
[0203]
局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)和全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算公式為：
[0204]
局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，公式為：
[0205]
pbestk＝argmin(t(xi))
[0206]
其中，i為粒子序號(hào)，i＝1,2,
…
m，m為粒子規(guī)模， argmin(t(xi))為使目標(biāo)函數(shù)t(xi)取最小值時(shí)的變量xi的值；
[0207]
全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，公式為：
[0208]
gbest＝argmin(gbest,pbestk)
[0209]
其中，argmin(gbest,pbestk)為取gbest、pbestk二者中的較小值。
[0210]
計(jì)算t+1時(shí)刻氣動(dòng)力模型的坐標(biāo)點(diǎn)和速度，公式為：
[0211][0212][0213]
其中，ω為收斂參數(shù)，c1,c2為學(xué)習(xí)因子，r1,r2為兩個(gè)0～1之間的隨機(jī)數(shù)；xi為第i個(gè)粒子坐標(biāo)點(diǎn)，為第k個(gè)粒子第t次迭代的坐標(biāo)點(diǎn)，為第k個(gè)粒子第t次迭代的迭代速度；pbestk為當(dāng)前粒子的局部最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)，gbest為全局最優(yōu)點(diǎn)坐標(biāo)。
[0214]
根據(jù)信息素?fù)]發(fā)系數(shù)計(jì)算信息素，根據(jù)信息素計(jì)算轉(zhuǎn)移概率，具體方法為：
[0215]
信息素，計(jì)算公式為：
[0216][0217]
其中，τ
ij
為i與j之間的信息素，ρ為信息素?fù)]發(fā)系數(shù)，為信息素增量，
q為常數(shù)，lk為當(dāng)前螞蟻?zhàn)哌^(guò)的路徑長(zhǎng)度。
[0218]
轉(zhuǎn)移概率，計(jì)算公式為：
[0219][0220]
其中，α,β為重要程度因子，τ
ij
(t)為i與j之間的信息素，η
ij
＝1/d
ij
，d
ij
為i和j之間的距離；
[0221][0222]
其中，x為坐標(biāo)點(diǎn)。
[0223]
單點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，公式為：
[0224][0225]
式中，t(x)為加入懲罰函數(shù)的單點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)，f(x)為x坐標(biāo)點(diǎn)的軸向力，σ為懲罰因子，li為歸一化系數(shù)，pi為懲罰函數(shù)，x為氣動(dòng)力模型的坐標(biāo)點(diǎn)。
[0226]
根據(jù)t時(shí)刻蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)和轉(zhuǎn)移概率計(jì)算t+1時(shí)刻的蟻?zhàn)鴺?biāo)點(diǎn)，具體方法為：
[0227][0228]
其中，x(t)為t時(shí)刻坐標(biāo)，x(t+1)為t+1時(shí)刻坐標(biāo)，step為給定步長(zhǎng)，i為當(dāng)前的迭代次數(shù)。
[0229]
實(shí)施例1
[0230]
單通道無(wú)約束：利用蟻算法(aco)為求解偏航力矩dmyg和俯仰力矩dmzg的取值范圍，進(jìn)而選取優(yōu)化方案。蟻算法部分參數(shù)選擇為，螞蟻規(guī)模20，迭代次數(shù)20，信息素?fù)]發(fā)系數(shù)0.9，轉(zhuǎn)移概率為0.2，最終得到偏航力矩dmyg和俯仰力矩dmzg的取值范圍和坐標(biāo)，如下：
[0231]
paraminmin_posmaxmax_posdmyg0.225[3548.583,261.140]213.37[1201.475,405.011]dmzg563.9[1202.145,176.645]135.932[2808.880,603.327]
[0232]
根據(jù)求解得到的取值范圍，可以給出優(yōu)化方案的選擇，給定一些示例及其結(jié)果，并計(jì)算其優(yōu)化響應(yīng)時(shí)間，如下：
[0233][0234][0235]
單通道有約束：給定偏航力矩dmyg和俯仰力矩dmzg的閾值，認(rèn)為當(dāng)偏航力矩dmyg絕對(duì)值小于1和俯仰力矩dmzg絕對(duì)值小于5時(shí)，對(duì)應(yīng)力矩?zé)o控制作用。根據(jù)物理模型分析，質(zhì)心大約在x＝2250處，此時(shí)dmzg≈0，因此在質(zhì)心附近進(jìn)行尋優(yōu)，建立偏航力矩有約束單通道控制的區(qū)域并求解其取值范圍。在z＝0附近，dmyg≈0，認(rèn)為此時(shí)的優(yōu)化不影響偏航力矩，因此在中心附近建立俯仰力矩單通道有約束控制區(qū)域并求解其取值范圍。
[0236]
利用網(wǎng)格構(gòu)建細(xì)分單通道控制區(qū)域，調(diào)用輸入模型計(jì)算可一進(jìn)行單通道控制的飛行器區(qū)域，并根據(jù)曲線擬合得到其邊界，如圖2、圖 3所示。
[0237]
在求解出區(qū)域的基礎(chǔ)上，在對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)求解單通道控制的最值，是選擇有約束單通道控制優(yōu)化方案的依據(jù)，即判斷單通道控制或多點(diǎn)控制。利用蟻算法進(jìn)行區(qū)域內(nèi)的最值尋優(yōu)，得到的結(jié)果如下：
[0238]
paraminmaxdmyg10.295130.6221429dmzg-340.4341.465
[0239]
當(dāng)選取有約束的單通道優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，需要將指標(biāo)與最值比較，判斷單通道控制是否可以達(dá)到指標(biāo)，如果無(wú)法達(dá)到，采用雙點(diǎn)控制。
[0240]
雙通道控制：利用粒子算法(pso)求解可以利用單通道進(jìn)行雙通道控制的偏航
力矩dmyg和俯仰力矩dmzg的取值范圍，進(jìn)而判斷對(duì)于雙通道控制的優(yōu)化方案。
[0241]
給定一定工況，求解結(jié)果和誤差如下：
[0242][0243][0244]
根據(jù)結(jié)果和誤差可得，除去個(gè)別情況，誤差可以控制在10％以內(nèi)，因此，粒子算法可以尋到雙通道控制的最優(yōu)坐標(biāo)，在滿足俯仰力矩和偏航力矩兩個(gè)指標(biāo)的前提下，使得軸向力之和最小，達(dá)到控制需求。
[0245]
以上對(duì)本發(fā)明的飛行器表面局部凸起的氣動(dòng)力智能優(yōu)化控制方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體案例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上具體案例說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，凡是在不脫離本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)的前提下對(duì)以上實(shí)例所做的任何簡(jiǎn)單修改均屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍。
[0246]
發(fā)明未詳細(xì)描述內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。