CN113253616B - 快时变飞行器大包线飞行控制方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种快时变飞行器大包线飞行控制方法与装置，该方法通过确定目标飞行器的线性时不变飞行器模型，将线性时不变飞行器模型的系统矩阵转化为高阶张量，对高阶张量进行奇异值分解，确定顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵，然后进行归一化处理，确定凸多胞形结构的顶点系统，最后根据凸多胞形结构的顶点系统设计鲁棒跟踪反馈控制器对目标飞行器进行控制，该方法减小了快时变飞行器大包线飞行时的建模误差，提高了对快时变飞行器的控制准确性。而且，由于经过高阶奇异值分解后的顶点系统个数很少，因此对快时变飞行器的存储空间要求小。另外，在线计算量同样很小，便于设计控制器，更加适应于工程实践。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器建模与控制领域，尤其涉及一种快时变飞行器大包线飞行控制方法与装置。
背景技术
飞行器是一种非常复杂和充满高度不确定性的非线性系统，而且随着现代飞行器飞行包线的不断扩大，飞行器的飞行速度、高度等飞行状态在飞行过程中也会大范围变化，导致与飞行状态相关的动力学系数也在剧烈变化，具有很强的快时变特性。此外，飞行包线的扩大使得飞行过程中的飞行环境变得更加复杂多变，不确定因素更多，为飞行器的精确控制带来很大困难，而飞行器的精确控制会影响到飞行器的飞行品质，因此实现快时变飞行器大包线的精确控制至关重要。
现有技术中，一般根据增益调度的方法实现飞行器大包线飞行控制。但该方法存在很多缺陷：1）工作量大且依赖人力，该方法根据调度变量划分网格，从而设计增益插值表，并且网格越密集，控制器性能越好，因此需要的计算量巨大，而且如何划分网格也需要工程师具有丰富经验。
发明内容
本发明提供一种快时变飞行器大包线飞行控制方法与装置，用以解决现有技术中飞行器大包线飞行控制方法的缺陷，实现准确高效的快时变飞行器大包线飞行控制。
本发明提供一种快时变飞行器大包线飞行控制方法，包括：
获取目标飞行器的目标飞行包线，并基于所述目标飞行包线，确定所述目标飞行器的线性时不变飞行器模型；所述目标飞行器是指状态参数的时变速度大于预设阈值的飞行器，目标飞行包线是指所述目标飞行器的飞行高度大于等于预设高度、飞行速度大于等于预设速度时的飞行包线；
将所述线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，并对所述高阶张量进行奇异值分解，基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定所述线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵；
对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，确定凸性归一化处理时采用的飞行高度调节系数矩阵和飞行速度调节系数矩阵；
基于所述顶点张量、所述飞行高度调节系数矩阵和所述飞行速度调节系数矩阵确定凸多胞形结构的顶点系统；
基于所述顶点系统确定鲁棒跟踪反馈控制器，并基于所述鲁棒跟踪反馈控制器，对所述目标飞行器进行控制。
根据本发明提供一种的时变飞行器大包线飞行控制方法，所述基于所述鲁棒跟踪反馈控制器，对所述目标飞行器进行控制，具体包括：
基于所述凸性归一化处理的结果，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定全局控制器；
基于所述全局控制器，对所述目标飞行器进行控制。
根据本发明提供的一种时变飞行器大包线飞行控制方法，所述凸性归一化处理的结果包括：归一化飞行高度权重系数矩阵和归一化飞行速度权重系数矩阵；
相应地，所述基于所述凸性归一化处理的结果，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定全局控制器，具体包括：
对所述归一化飞行高度权重系数矩阵在飞行高度维度上进行拟合，确定飞行高度权重系数；
对所述归一化飞行速度权重系数矩阵在飞行速度维度上进行拟合，确定飞行速度权重系数；
基于所述飞行高度权重系数以及所述飞行速度权重系数，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定所述全局控制器。
根据本发明提供的一种时变飞行器大包线飞行控制方法，所述对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，具体包括：
对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行正交分解；
基于正交分解的结果和凸性归一化条件，确定所述归一化飞行高度权重系数矩阵和所述归一化飞行速度权重系数矩阵。
根据本发明提供的一种时变飞行器大包线飞行控制方法，所述基于所述目标飞行包线，确定所述目标飞行器的线性时不变飞行器模型，具体包括：
对所述目标飞行包线在飞行高度维度和飞行速度维度进行划分，确定预设数量个离散点；
对每个离散点处的目标飞行器模型进行泰勒展开，确定每个离散点处的目标飞行器线性化模型，并将每个离散点处的目标飞行器线性化模型确定为所述线性时不变飞行器模型。
根据本发明提供的一种时变飞行器大包线飞行控制方法，所述将所述线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，具体包括：
获取所述系统矩阵中每个离散点处所述目标飞行器线性化模型的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵；
将每个离散点处对应的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵中的元素进行组合，形成合成元素，并基于所述合成元素，确定所述高阶张量。
根据本发明提供的一种时变飞行器大包线飞行控制方法，所述奇异值分解的结果包括：核心张量、飞行高度展开矩阵和飞行速度展开矩阵；
相应地，所述基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定所述线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵，具体包括：
剔除所述核心张量中小于等于所述截断误差的目标奇异值，得到所述顶点张量；
分别剔除所述飞行高度展开矩阵和所述飞行速度展开矩阵中与所述目标奇异值对应的指定奇异值，得到所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵。
本发明还提供一种快时变飞行器大包线飞行控制装置，包括：
模型确定模块，用于获取目标飞行器的目标飞行包线，并基于所述目标飞行包线，确定所述目标飞行器的线性时不变飞行器模型；所述目标飞行器是指状态参数的时变速度大于预设阈值的飞行器，目标飞行包线是指所述目标飞行器的飞行高度大于等于预设高度、飞行速度大于等于预设速度时的飞行包线；
奇异值分解模块，用于将所述线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，并对所述高阶张量进行奇异值分解，基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定所述线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵；
凸性归一化模块，用于对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，确定凸性归一化处理时采用的飞行高度调节系数矩阵和飞行速度调节系数矩阵；
顶点系统确定模块，用于基于所述顶点张量、所述飞行高度调节系数矩阵和所述飞行速度调节系数矩阵确定凸多胞形结构的顶点系统；
控制模块，用于基于所述顶点系统确定鲁棒跟踪反馈控制器，并基于所述鲁棒跟踪反馈控制器，对所述目标飞行器进行控制。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述快时变飞行器大包线飞行控制方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述快时变飞行器大包线飞行控制方法的步骤。
本发明提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法与装置，通过确定目标飞行器的线性时不变飞行器模型，将线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，并对高阶张量进行奇异值分解，再基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵，对飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，结合顶点张量确定凸多胞形结构的顶点系统，最后根据凸多胞形结构的顶点系统，设计鲁棒跟踪反馈控制器对目标飞行器进行控制，减小了快时变飞行器大包线飞行时的建模误差，提高了对快时变飞行器的控制准确性。而且，由于经过高阶奇异值分解后的顶点系统个数很少，因此对快时变飞行器的存储空间要求小。另外，在线计算量同样很小，便于设计控制器，更加适应于工程实践。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制装置的结构示意图；
图3是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于目前的飞行器大包线飞行控制方法存在很多缺陷，因此，本发明实施例提供一种快时变飞行器大包线飞行控制方法。
图1是本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：
S1，获取目标飞行器的目标飞行包线，并基于所述目标飞行包线，确定所述目标飞行器的线性时不变飞行器模型；所述目标飞行器是指状态参数的时变速度大于预设阈值的飞行器，目标飞行包线是指所述目标飞行器的飞行高度大于等于预设高度、飞行速度大于等于预设速度时的飞行包线；
S2，将所述线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，并对所述高阶张量进行奇异值分解，基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定所述线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵；
S3，对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，确定凸性归一化处理时采用的飞行高度调节系数矩阵和飞行速度调节系数矩阵；
S4，基于所述顶点张量、所述飞行高度调节系数矩阵和所述飞行速度调节系数矩阵确定凸多胞形结构的顶点系统；
S5，基于所述顶点系统确定鲁棒跟踪反馈控制器，并基于所述鲁棒跟踪反馈控制器，对所述目标飞行器进行控制。
本发明实施例中提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法，其执行主体为服务器，该服务器可以是本地服务器，也可以是云端服务器，本地服务器具体可以是计算机、平板电脑以及智能手机等，本发明实施例中对此不作具体限定。
首先执行步骤S1，获取目标飞行器的目标飞行包线。目标飞行器是指状态参数的时变速度大于预设阈值的飞行器，目标飞行包线是指目标飞行器的飞行高度大于等于预设高度、飞行速度大于等于预设速度时的飞行包线。其中，目标飞行器的状态参数包括目标飞行器的飞行速度、飞行高度、飞行加速度等状态参数。状态参数的时变速度是指单位时间内状态参数的变化量。预设阈值、预设高度和预设速度可以根据实际需要进行设定，本发明实施例对此不作具体限定。本发明实施例中的目标飞行器可以是快时变飞行器，目标飞行包线可以是大飞行包线。
目标飞行器的飞行包线是指以目标飞行器的飞行速度、飞行高度、过载、环境温度等参数为坐标，表示目标飞行器的飞行范围和目标飞行器的使用限制条件的封闭几何图形。不同的目标飞行器对应了不同的飞行包线，飞行包线可以反映飞行器的性能。
由于飞行器是一种非常复杂的非线性时变系统，因此，当获取了目标飞行器的目标飞行包线后，就可以根据目标飞行包线，确定目标飞行器的线性时不变飞行器模型。其中，线性时不变飞行器模型是指飞行器模型即是线性的，也是时不变的，即飞行器模型的输出随着输入线性变化，同时飞行器模型的输出仅与输入相关，与飞行器的状态无关。本发明实施例中，线性时不变飞行器模型可以是目标飞行包线上各点处的飞行器线性化模型。
然后执行步骤S2。在确定出线性时不变飞行器模型后，就可以获取线性时不变飞行器模型的系统矩阵。系统矩阵可以由线性时不变飞行器模型中与状态量、输入量以及输出量相乘的矩阵构成，即由目标飞行器的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵构成。
在确定系统矩阵后，可以将系统矩阵转换为高阶张量S；可以将系统矩阵中的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵中相对应的元素进行重新组合，最终确定出高阶张量。
在确定出高阶张量后，还可以对高阶张量S进行奇异值分解。
一个a×b阶的矩阵M的奇异值分解可以表示为：
其中
是a×a阶的矩阵；
是a×b阶的对角矩阵；而
，即
的共轭转置，是b×b
阶的矩阵；这样的分解就称作M的奇异值分解。
对角线上的元素
即为矩阵M的奇异值。
本发明实施例中，对高阶张量S进行奇异值分解可以表示为：
其中，
为高阶奇异值分解后得到的核心张量，是一个对角矩阵，
对角线上
的值即为奇异值。
和
分别为高阶奇异值分解沿飞行高度和飞行速度两个参数
空间的展开矩阵，也即是飞行高度展开矩阵和飞行速度展开矩阵，
代表张量和矩阵的n
模乘积。
核心张量、飞行高度展开矩阵和飞行速度展开矩阵共同构成奇异值分解的结果。在对高阶张量进行奇异值分解之后，可以根据奇异值分解的结果以及截断误差确定出线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵。其中，顶点张量可以通过截断误差对核心张量中的元素进行筛选得到，飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵分别为与顶点张量对应的飞行高度展开矩阵和飞行速度展开矩阵。截断误差是指模型的准确解和由数值方法求出的近似解之间的误差，截断误差可以根据实际需要进行设置，本发明实施例对此不作具体限定。
然后执行步骤S3。对飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，确定凸性归一化处理时采用的飞行高度调节系数矩阵和飞行速度调节系数矩阵。其中，归一化是指将有量纲的表达式，经过处理后，转化为无量纲的表达式。本发明实施例中可以通过正交分解等方法进行凸性归一化处理，通过凸性归一化处理过程中与飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵相乘的系数矩阵，即可分别确定飞行高度调节系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵。凸性归一化处理的结果可以包括归一化飞行高度权重系数矩阵和归一化飞行速度权重系数矩阵。
然后执行步骤S4。基于顶点张量、飞行高度调节系数矩阵和飞行速度调节系数矩阵确定凸多胞形结构的顶点系统。其中，凸多胞形结构的顶点系统可以表示为：
其中，
即为凸多胞形结构的顶点系统，
是顶点张量，
和
为飞行高
度调节系数矩阵和飞行速度调节系数矩阵，
代表张量和矩阵的n模乘积。
最后执行步骤S5。在确定出顶点系统后，就可以根据顶点系统设计鲁棒跟踪反馈控制器，并基于鲁棒跟踪反馈控制器，对目标飞行器进行控制。
其中，鲁棒跟踪反馈控制器可以表示为：
本发明实施例中的快时变飞行器大包线飞行控制方法，通过确定目标飞行器的线性时不变飞行器模型，将线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，并对高阶张量进行奇异值分解，再基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵，对飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，结合顶点张量确定凸多胞形结构的顶点系统，最后根据凸多胞形结构的顶点系统，设计鲁棒跟踪反馈控制器对目标飞行器进行控制，减小了快时变飞行器大包线飞行时的建模误差，提高了对快时变飞行器的控制准确性。而且，由于经过高阶奇异值分解后的顶点系统个数很少，因此对快时变飞行器的存储空间要求小。另外，在线计算量同样很小，便于设计控制器，更加适应于工程实践。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法，所述基于所述鲁棒跟踪反馈控制器，对所述目标飞行器进行控制，具体包括：
基于所述凸性归一化处理的结果，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定全局控制器；
基于所述全局控制器，对所述目标飞行器进行控制。
具体地，本发明实施例中，在凸性归一化处理完成后，可以进一步根据凸性归一化处理的结果，对上述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，从而确定全局控制器。在确定了全局控制器后，就可以基于全局控制器对目标飞行器进行控制。其中，在对鲁棒跟踪反馈控制器进行修正时，可以通过并行分布式补偿机制确定，本发明实施例中对此不作具体限定。
本发明实施例中的快时变飞行器大包线飞行控制方法，通过凸性归一化处理的结果，对鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定全局控制器，从而对目标飞行器进行控制，使该控制方法具有全局性能的控制，能够保证飞行控制系统的稳定性和动态性能，达到更好的控制效果。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法，所述凸性归一化处理的结果包括：归一化飞行高度权重系数矩阵和归一化飞行速度权重系数矩阵；
相应地，所述基于所述凸性归一化处理的结果，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定全局控制器，具体包括：
对所述归一化飞行高度权重系数矩阵在飞行高度维度上进行拟合，确定飞行高度权重系数；
对所述归一化飞行速度权重系数矩阵在飞行速度维度上进行拟合，确定飞行速度权重系数；
基于所述飞行高度权重系数以及所述飞行速度权重系数，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定所述全局控制器。
具体地，本发明实施例中，在凸性归一化处理完成后，可以得到归一化飞行高度权重系数矩阵和归一化飞行速度权重系数矩阵；因此在对鲁棒跟踪反馈控制器进行修正时，可以对获取到的归一化飞行高度权重系数矩阵在飞行高度维度上进行拟合，确定飞行高度权重系数；同时对获取到的归一化飞行速度权重系数矩阵在飞行速度维度上进行拟合，确定飞行速度权重系数。
其中，对归一化飞行高度权重系数矩阵在飞行高度维度上进行拟合，可以是基于
归一化飞行高度权重系数矩阵
和飞行高度H，按照一维插值算法拟合，最终确定飞行
高度权重系数
。一维插值算法可以是多项式插值、分段线性插值或三次样条插
值等方法，本发明实施例对此不作具体限定。
同样的，对归一化飞行速度权重系数矩阵在飞行速度维度上进行拟合，可以是基
于归一化飞行速度权重系数矩阵
和飞行速度V，按照一维插值算法拟合，最终确定飞行
速度权重系数
。
在得到飞行高度权重系数以及飞行速度权重系数后，就可以对鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定全局控制器，其中，全局控制器可以表示为：
本发明实施例中的快时变飞行器大包线飞行控制方法，通过确定飞行高度权重系数以及飞行速度权重系数，再基于飞行高度权重系数以及飞行速度权重系数对鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定全局控制器，使控制方法具有全局控制的性能，实现更精确的控制。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法，所述基于所述目标飞行包线，确定所述目标飞行器的线性时不变飞行器模型，具体包括：
对所述目标飞行包线在飞行高度维度和飞行速度维度进行划分，确定预设数量个离散点；
对每个离散点处的目标飞行器模型进行泰勒展开，确定每个离散点处的目标飞行器线性化模型，并将每个离散点处的目标飞行器线性化模型确定为所述线性时不变飞行器模型。
具体地，本发明实施例中，可以先对获取到的目标飞行包线在飞行高度维度和飞
行速度维度进行划分。目标飞行包线中的飞行高度可以用H表示，飞行高度的变化范围可以
是
；飞行速度可以用V表示，飞行速度的变化范围可以是
；则对目
标飞行包线在飞行高度维度和飞行速度维度进行划分可以是在飞行高度和飞行速度确定
的空间进行栅格化划分，即可以在上述飞行高度的变化范围内选取
个点，在上述飞行速
度的变化范围内选取
个点。
和
可以根据划分间隔确定，而划分间隔可以根据实际
需要进行设定，本发明实施例对此不作具体限定。
在划分完成后，就可以确定预设数量个离散点，即此时有
个离散点。在每个
离散点处均对应有一个飞行器模型，将其作为目标飞行器模型。对每个离散点处的目标飞
行器模型进行泰勒展开，就可以得到每个离散点处的目标飞行器线性化模型，可以表示为：
其中，
、
和
分别为第i个离散点处的目标飞行器线性化模型的状态量、输入
量和输出量，
、
、
和
分别为第i个离散点处的目标飞行器线性化模型的状态矩
阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵。
目标飞行器线性化模型的状态量可以包括目标飞行器的状态变量；输入量可以包括目标飞行器发动机油门的开度、升降舵的舵偏角、副翼偏转角以及方向舵的舵偏角等；输出量可以根据实际需要从状态量中进行选取，本发明实施例对此不作具体限定。
本发明实施例中的快时变飞行器大包线飞行控制方法，通过对飞行包线在飞行高度维度和飞行速度维度进行划分，确定预设数量个离散点，并对每个离散点处的目标飞行器模型进行泰勒展开，从而确定目标飞行器的线性时不变飞行器模型，方便了后续的计算，减少了计算量。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法，所述奇异值分解的结果包括：核心张量、飞行高度展开矩阵和飞行速度展开矩阵；
相应地，所述基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定所述线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵，具体包括：
剔除所述核心张量中小于等于所述截断误差的目标奇异值，得到所述顶点张量；
分别剔除所述飞行高度展开矩阵和所述飞行速度展开矩阵中与所述目标奇异值对应的指定奇异值，得到所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵。
具体地，本发明实施例中，在对高阶张量进行奇异值分解后，可以得到核心张量、
飞行高度展开矩阵和飞行速度展开矩阵。因此在确定线性时不变飞行器模型的顶点张量、
飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵时可以先将核心张量
的对角线上的
奇异值与截断误差进行比较，对小于等于截断误差的目标奇异值进行剔除，得到顶点张量
。目标奇异值可以包括零值奇异值以及小于等于截断误差的非零奇异值。
然后，分别剔除飞行高度展开矩阵
和飞行速度展开矩阵
中与目标奇
异值对应的指定奇异值，得到飞行高度权重系数矩阵
和飞行速度权重系数矩阵
。飞
行高度展开矩阵与飞行速度展开矩阵中，与目标奇异值对应的指定奇异值，其对应关系即
是上述公式（2）中张量和矩阵的n模乘积中的对应关系。
本发明实施例中的快时变飞行器大包线飞行控制方法，通过剔除高阶奇异值分解后得到核心张量中的零值奇异值和小于等于截断误差的目标奇异值，得到顶点张量；再分别剔除飞行高度展开矩阵和飞行速度展开矩阵中与零值奇异值对应的奇异值和与目标奇异值对应的指定奇异值，得到飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵，从而进一步减少了在线计算量。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法，所述对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，具体包括：
对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行正交分解；
基于正交分解的结果和凸性归一化条件，确定所述归一化飞行高度权重系数矩阵和所述归一化飞行速度权重系数矩阵。
具体地，本发明实施例中，对飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理可以是先将飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵分别进行正交分解，再基于正交分解的结果以及凸性归一化条件，确定归一化飞行高度权重系数矩阵和归一化飞行速度权重系数矩阵。
其中，分别对飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵进行正交分解，可以得到：
凸性归一化条件包括求和标准化条件和非负标准化条件。
求和标准化条件可以表示为：
非负标准化条件可以表示为：
因此，根据上述公式（7）、（8）和公式（9），即可确定出归一化飞行高度权重系数矩阵和归一化飞行速度权重系数矩阵。
本发明实施例中的快时变飞行器大包线飞行控制方法，通过正交分解和凸性归一化条件，确定归一化飞行高度权重系数矩阵和归一化飞行速度权重系数矩阵，便于后续计算和确定凸多胞形结构的顶点系统。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法，所述将所述线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，具体包括：
获取所述系统矩阵中每个离散点处所述目标飞行器线性化模型的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵；
将每个离散点处对应的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵中的元素进行组合，形成合成元素，并基于所述合成元素，确定所述高阶张量。
具体地，本发明实施例中，在将系统矩阵转换为高阶张量时，可以先获取系统矩阵
中每个离散点处目标飞行器线性化模型的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵。由上
述公式（6）可知，
、
、
和
分别为第i个离散点处的目标飞行器线性化模型的状态矩
阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵。
然后，将状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵中的元素重新进行组合，形成合成元素。根据合成元素，即可确定高阶张量。例如，系统矩阵可以表示为：
根据上述合成元素，就可以确定高阶张量S，可以表示为：
即高阶张量S中的元素为合成元素。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制方
法，对高阶张量S进行奇异值分解的得到的结果中，核心张量的大小为
，飞行高度展
开矩阵的大小为
，飞行速度展开矩阵的大小为
。
本发明实施例中的快时变飞行器大包线飞行控制方法，通过将每个离散点处对应的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵中的元素进行组合，形成合成元素，并基于合成元素，确定高阶张量，以便于后续对高阶张量进行奇异值分解，减轻了计算负担。
如图2所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种快时变飞行器大包线飞行控制装置，包括：
模型确定模块201，用于获取目标飞行器的目标飞行包线，并基于所述目标飞行包线，确定所述目标飞行器的线性时不变飞行器模型；所述目标飞行器是指状态参数的时变速度大于预设阈值的飞行器，目标飞行包线是指所述目标飞行器的飞行高度大于等于预设高度、飞行速度大于等于预设速度时的飞行包线；
奇异值分解模块202，用于将所述线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，并对所述高阶张量进行奇异值分解，基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定所述线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵；
凸性归一化模块203，用于对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，确定凸性归一化处理时采用的飞行高度调节系数矩阵和飞行速度调节系数矩阵；
顶点系统确定模块204，用于基于所述顶点张量、所述飞行高度调节系数矩阵和所述飞行速度调节系数矩阵确定凸多胞形结构的顶点系统；
控制模块205，用于基于所述顶点系统确定鲁棒跟踪反馈控制器，并基于所述鲁棒跟踪反馈控制器，对所述目标飞行器进行控制。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制装置，所述控制模块还包括：
修正子模块，用于基于所述凸性归一化处理的结果，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定全局控制器；
控制子模块，用于基于所述全局控制器，对所述目标飞行器进行控制。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制装置，所述凸性归一化处理的结果包括：归一化飞行高度权重系数矩阵和归一化飞行速度权重系数矩阵；
相应地，所述修正子模块具体包括：
飞行高度权重系数确定子单元，用于对所述归一化飞行高度权重系数矩阵在飞行高度维度上进行拟合，确定飞行高度权重系数；
飞行速度权重系数确定子单元，用于对所述归一化飞行速度权重系数矩阵在飞行速度维度上进行拟合，确定飞行速度权重系数；
全局控制器确定子单元，用于基于所述飞行高度权重系数以及所述飞行速度权重系数，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定所述全局控制器。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制装置，所述凸性归一化模块，具体包括：
正交分解子模块，用于对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行正交分解；
归一化权重系数矩阵确定子模块，用于基于正交分解的结果和凸性归一化条件，确定所述归一化飞行高度权重系数矩阵和所述归一化飞行速度权重系数矩阵。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制装置，所述模型确定模块，具体包括：
离散点确定子模块，用于对所述目标飞行包线在飞行高度维度和飞行速度维度进行划分，确定预设数量个离散点；
模型确定子模块，用于对每个离散点处的目标飞行器模型进行泰勒展开，确定每个离散点处的目标飞行器线性化模型，并将每个离散点处的目标飞行器线性化模型确定为所述线性时不变飞行器模型。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制装置，所述奇异值分解模块，具体包括：
矩阵获取子模块，用于获取所述系统矩阵中每个离散点处所述目标飞行器线性化模型的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵；
组合子模块，用于将每个离散点处对应的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵中的元素进行组合，形成合成元素，并基于所述合成元素，确定所述高阶张量。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制装置，所述奇异值分解的结果包括：核心张量、飞行高度展开矩阵和飞行速度展开矩阵；
相应地，所述奇异值分解模块，具体包括：
顶点张量确定子模块，用于剔除所述核心张量中小于等于所述截断误差的目标奇异值，得到所述顶点张量；
权重系数矩阵确定子模块，用于分别剔除所述飞行高度展开矩阵和所述飞行速度展开矩阵中与所述目标奇异值对应的指定奇异值，得到所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵。
具体地，本发明实施例中提供的快时变飞行器大包线飞行控制装置中各模块的作用与上述方法类实施例中各步骤的操作流程是一一对应的，实现的效果也是一致的，具体参见上述实施例，本发明实施例中对此不再赘述。
图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行上述各实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法，该方法包括：获取目标飞行器的目标飞行包线，并基于所述目标飞行包线，确定所述目标飞行器的线性时不变飞行器模型；所述目标飞行器是指状态参数的时变速度大于预设阈值的飞行器，目标飞行包线是指所述目标飞行器的飞行高度大于等于预设高度、飞行速度大于等于预设速度时的飞行包线；将所述线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，并对所述高阶张量进行奇异值分解，基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定所述线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵；对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，确定凸性归一化处理时采用的飞行高度调节系数矩阵和飞行速度调节系数矩阵；基于所述顶点张量、所述飞行高度调节系数矩阵和所述飞行速度调节系数矩阵确定凸多胞形结构的顶点系统；基于所述顶点系统确定鲁棒跟踪反馈控制器，并基于所述鲁棒跟踪反馈控制器，对所述目标飞行器进行控制。
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法，该方法包括：获取目标飞行器的目标飞行包线，并基于所述目标飞行包线，确定所述目标飞行器的线性时不变飞行器模型；所述目标飞行器是指状态参数的时变速度大于预设阈值的飞行器，目标飞行包线是指所述目标飞行器的飞行高度大于等于预设高度、飞行速度大于等于预设速度时的飞行包线；将所述线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，并对所述高阶张量进行奇异值分解，基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定所述线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵；对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，确定凸性归一化处理时采用的飞行高度调节系数矩阵和飞行速度调节系数矩阵；基于所述顶点张量、所述飞行高度调节系数矩阵和所述飞行速度调节系数矩阵确定凸多胞形结构的顶点系统；基于所述顶点系统确定鲁棒跟踪反馈控制器，并基于所述鲁棒跟踪反馈控制器，对所述目标飞行器进行控制。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的快时变飞行器大包线飞行控制方法，该方法包括：获取目标飞行器的目标飞行包线，并基于所述目标飞行包线，确定所述目标飞行器的线性时不变飞行器模型；所述目标飞行器是指状态参数的时变速度大于预设阈值的飞行器，目标飞行包线是指所述目标飞行器的飞行高度大于等于预设高度、飞行速度大于等于预设速度时的飞行包线；将所述线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，并对所述高阶张量进行奇异值分解，基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定所述线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵；对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，确定凸性归一化处理时采用的飞行高度调节系数矩阵和飞行速度调节系数矩阵；基于所述顶点张量、所述飞行高度调节系数矩阵和所述飞行速度调节系数矩阵确定凸多胞形结构的顶点系统；基于所述顶点系统确定鲁棒跟踪反馈控制器，并基于所述鲁棒跟踪反馈控制器，对所述目标飞行器进行控制。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种快时变飞行器大包线飞行控制方法，其特征在于，包括：
获取目标飞行器的目标飞行包线，并基于所述目标飞行包线，确定所述目标飞行器的线性时不变飞行器模型；所述目标飞行器是指状态参数的时变速度大于预设阈值的飞行器，目标飞行包线是指所述目标飞行器的飞行高度大于等于预设高度、飞行速度大于等于预设速度时的飞行包线；
将所述线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，并对所述高阶张量进行奇异值分解，基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定所述线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵；
对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，确定凸性归一化处理时采用的飞行高度调节系数矩阵和飞行速度调节系数矩阵；
基于所述顶点张量、所述飞行高度调节系数矩阵和所述飞行速度调节系数矩阵确定凸多胞形结构的顶点系统；
基于所述顶点系统确定鲁棒跟踪反馈控制器，并基于所述鲁棒跟踪反馈控制器，对所述目标飞行器进行控制；
所述基于所述鲁棒跟踪反馈控制器，对所述目标飞行器进行控制，具体包括：
基于所述凸性归一化处理的结果，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定全局控制器；
基于所述全局控制器，对所述目标飞行器进行控制；
所述凸性归一化处理的结果包括：归一化飞行高度权重系数矩阵和归一化飞行速度权重系数矩阵；
相应地，所述基于所述凸性归一化处理的结果，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定全局控制器，具体包括：
对所述归一化飞行高度权重系数矩阵在飞行高度维度上进行拟合，确定飞行高度权重系数；
对所述归一化飞行速度权重系数矩阵在飞行速度维度上进行拟合，确定飞行速度权重系数；
基于所述飞行高度权重系数以及所述飞行速度权重系数，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定所述全局控制器。
2.根据权利要求1所述的快时变飞行器大包线飞行控制方法，其特征在于，所述对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，具体包括：
对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行正交分解；
基于正交分解的结果和凸性归一化条件，确定所述归一化飞行高度权重系数矩阵和所述归一化飞行速度权重系数矩阵。
3.根据权利要求1所述的快时变飞行器大包线飞行控制方法，其特征在于，所述基于所述目标飞行包线，确定所述目标飞行器的线性时不变飞行器模型，具体包括：
对所述目标飞行包线在飞行高度维度和飞行速度维度进行划分，确定预设数量个离散点；
对每个离散点处的目标飞行器模型进行泰勒展开，确定每个离散点处的目标飞行器线性化模型，并将每个离散点处的目标飞行器线性化模型确定为所述线性时不变飞行器模型。
4.根据权利要求3所述的快时变飞行器大包线飞行控制方法，其特征在于，所述将所述线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，具体包括：
获取所述系统矩阵中每个离散点处所述目标飞行器线性化模型的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵；
将每个离散点处对应的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵中的元素进行组合，形成合成元素，并基于所述合成元素，确定所述高阶张量。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的快时变飞行器大包线飞行控制方法，其特征在于，所述奇异值分解的结果包括：核心张量、飞行高度展开矩阵和飞行速度展开矩阵；
相应地，所述基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定所述线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵，具体包括：
剔除所述核心张量中小于等于所述截断误差的目标奇异值，得到所述顶点张量；
分别剔除所述飞行高度展开矩阵和所述飞行速度展开矩阵中与所述目标奇异值对应的指定奇异值，得到所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵。
6.一种快时变飞行器大包线飞行控制装置，其特征在于，包括
模型确定模块，用于获取目标飞行器的目标飞行包线，并基于所述目标飞行包线，确定所述目标飞行器的线性时不变飞行器模型；所述目标飞行器是指状态参数的时变速度大于预设阈值的飞行器，目标飞行包线是指所述目标飞行器的飞行高度大于等于预设高度、飞行速度大于等于预设速度时的飞行包线；
奇异值分解模块，用于将所述线性时不变飞行器模型的系统矩阵转换为高阶张量，并对所述高阶张量进行奇异值分解，基于奇异值分解的结果以及截断误差，确定所述线性时不变飞行器模型的顶点张量、飞行高度权重系数矩阵和飞行速度权重系数矩阵；
凸性归一化模块，用于对所述飞行高度权重系数矩阵和所述飞行速度权重系数矩阵进行凸性归一化处理，确定凸性归一化处理时采用的飞行高度调节系数矩阵和飞行速度调节系数矩阵；
顶点系统确定模块，用于基于所述顶点张量、所述飞行高度调节系数矩阵和所述飞行速度调节系数矩阵确定凸多胞形结构的顶点系统；
控制模块，用于基于所述顶点系统确定鲁棒跟踪反馈控制器，并基于所述鲁棒跟踪反馈控制器，对所述目标飞行器进行控制；
所述控制模块还包括：
修正子模块，用于基于所述凸性归一化处理的结果，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定全局控制器；
控制子模块，用于基于所述全局控制器，对所述目标飞行器进行控制；
所述凸性归一化处理的结果包括：归一化飞行高度权重系数矩阵和归一化飞行速度权重系数矩阵；
相应地，所述修正子模块具体包括：
飞行高度权重系数确定子单元，用于对所述归一化飞行高度权重系数矩阵在飞行高度维度上进行拟合，确定飞行高度权重系数；
飞行速度权重系数确定子单元，用于对所述归一化飞行速度权重系数矩阵在飞行速度维度上进行拟合，确定飞行速度权重系数；
全局控制器确定子单元，用于基于所述飞行高度权重系数以及所述飞行速度权重系数，对所述鲁棒跟踪反馈控制器进行修正，确定所述全局控制器。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述快时变飞行器大包线飞行控制方法的步骤。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述快时变飞行器大包线飞行控制方法的步骤。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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