微分对策及其在飞行器追逃控制中的应用研究

发布时间：2017-08-08 07:07

  本文关键词：微分对策及其在飞行器追逃控制中的应用研究

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【摘要】：微分对策最早源于军事方面的需求,后来逐渐应用于经济、工程等其他领域,它是一种用微分方程(组)描述局中人对策活动、现象或规律的对策,是解决双方(多方)连续动态冲突、竞争或合作问题的有效工具。本文根据微分对策求解的困难性、线性微分对策的模型不确定性等特点,针对飞行器追逃问题开展了微分对策的数值计算方法、模型不确定性问题等方面的研究,本文主要概括为:首先,针对微分对策的复杂性,提出一种动态环境下用于解决微分对策数值计算的滚动优化算法—非线性模型预测控制(NMPC),并且基于梯度下降法,在每一个预测域内进行预测控制,将梯度迭代法作为优化技术用于预测过程,然后实施在线滚动优化,这样在一定程度上形成了一个闭环反馈控制,进而得到追逃双方的闭环控制律。其次,由于传统优化方法具有一定局限性,考虑在预测控制中引入智能优化法,把基于模拟退火的粒子群算法(SA-PSO)作为优化策略,将一种改进的SA-PSO作为NMPC的优化技术,在保留PSO快速简单的全局寻优特点下,利用SA跳出局部最优的能力,通过引入模拟退火算法跳出局部最优,并自适应调整权重参数,提升了系统收敛性能。然后通过在线滚动优化,避免了哈密顿-雅克比-埃萨克(HJI)方程的求解,且能够生成追逃双方基于当前状态的闭环最优控制输入。最后,针对一类带有不确定性的线性LTV和LTI微分对策模型,提出一类基于微分对策的鲁棒制导律,用理想标称系统(即不存在不确定性的系统)所对应的Riccati方程的解所构成的线性控制项,并将其与非线性切换函数控制项结合,共同确保系统的响应具有理想的性能,并且对系统结构的不确定性以及外界扰动具有很强的鲁棒性。
【关键词】：微分对策 追逃对抗 非线性模型预测控制 SA-PSO算法 鲁棒制导
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 微分对策国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13
• 1.2.3 微分对策研究存在的主要问题13-14
• 1.3 本文主要内容和章节安排14-16
• 第二章 微分对策的基本理论16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 微分对策的基本概念16-17
• 2.3 微分对策的分类和性质17-20
• 2.3.1 微分对策的分类17
• 2.3.2 微分对策的性质17-20
• 2.4 微分对策的计算方法20-24
• 2.4.1 微分对策的解析解21-22
• 2.4.2 微分对策的数值计算22-23
• 2.4.3 微分对策的软计算23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 基于梯度法的非线性模型预测控制25-34
• 3.1 引言25
• 3.2 非线性模型预测控制（NMPC）25-26
• 3.3 梯度迭代法26-28
• 3.3.1 梯度迭代法简介26-27
• 3.3.2 梯度迭代法求解追逃微分对策27-28
• 3.4 基于梯度法的预测控制律设计28-31
• 3.4.1 追逃型微分对策问题描述28-29
• 3.4.2 基于微分对策的飞行器追逃建模29-31
• 3.5 仿真验证及结果分析31-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 基于SA-PSO的非线性模型预测控制34-44
• 4.1 引言34
• 4.2 SA-PSO算法34-37
• 4.2.1 粒子群优化算法34-36
• 4.2.2 基于模拟退火思想的粒子群算法36-37
• 4.3 基于SA-PSO算法的预测控制律设计37-39
• 4.3.1 基于SA-PSO算法的非线性模型预测控制37-38
• 4.3.2 SA-PSO算法的改进38-39
• 4.4 仿真验证及结果分析39-42
• 4.4.1 基于微分对策的飞行器追逃建模39
• 4.4.2 仿真验证及结果分析39-42
• 4.5 本章小结42-44
• 第五章 模型不确定性飞行器追逃问题研究44-55
• 5.1 引言44
• 5.2 不确定线性微分对策问题描述44-45
• 5.2.1 一般线性二次微分对策（LQDG）不确定问题44-45
• 5.2.2 不确定性飞行器追逃问题的鲁棒制导律45
• 5.3 不确定线性微分对策鲁棒控制律设计45-50
• 5.3.1 模型不确定线性时变（LTV）系统鲁棒控制律设计45-48
• 5.3.2 模型不确定线性时不变（LTI）系统鲁棒控制律设计48-50
• 5.4 仿真验证及稳定性分析50-54
• 5.4.1 不确定情况飞行器追逃问题描述50-51
• 5.4.2 仿真结果及分析51-54
• 5.5 本章小结54-55
• 第六章 总结与展望55-57
• 6.1 工作总结55-56
• 6.2 后续研究工作展望56-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-63
• 在学期间发表的学术论文63

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