舰载机全自动引导过程最小状态风险预测控制研究

舰载机在运动航母平台上的全自动着舰引导过程的航迹控制是一个复杂、艰巨的任务，目前世界上仅有美国将该技术付诸实践，而且只在某些紧急情况下才能使用。这不仅是因为该控制对象模型及环境扰动的复杂性，更主要是由于其高风险性，尤其在最后着舰段，整个系统几乎必须工作在风险边缘。目前控制理论已经比较成熟和完善，可对控制过程的精度、代价、稳定性、鲁棒性等方面进行准确分析和有效控制，但风险性一直未被系统化地引入控制指标中，许多学者在控制过程中为系统某些输入或输出量引入固定边界约束，利用约束控制的方法来实现对一些风险边界的回避，但该方法对复杂的风险问题的控制能力是很有限的。本研究拟针对此类高风险控制问题，提出一种新的控制方法"最小状态风险预测控制"，通过建立全自动引导过程的风险度评价函数，并与预测控制方法结合，将风险度实时计算结果引入到滚动优化指标中，实现同时兼顾控制过程精度最优和风险最小的控制目的。

舰载机在运动航母平台上的全自动着舰引导过程的控制问题是一个复杂、艰巨的任务，不仅是因为该控制对象模型及环境扰动的复杂性，更主要是由于其高风险性，着舰风险包括多方面，如撞击舰尾、落点偏心、偏航过大等因素，均会造成灾难或严重后果。以往自动着舰控制方法仅靠提高轨迹控制精度，并引入甲板运动补偿等方法，但仍缺少对着舰过程风险的准确监控和可靠控制，本项目针对此类高风险控制问题，提出一种新的控制方法“最小状态风险预测控制”，通过建立全自动引导过程的风险度评价函数，并与预测控制等非线性控制方法结合，将风险度实时计算结果引入到滚动优化指标中，实现同时兼顾控制过程精度最优和风险最小的控制目标。为研究并验证该控制方法，我们系统地建立了舰载机着舰过程各个环节的动力学仿真模型，实现了完整、准确的着舰过程集成仿真，并可体现甲板运动、舰尾扰流等复杂的环境因素影响，在此基础上，进一步建立的着舰过程风险模式，在同时考虑多种因素耦合影响的条件下，实现了对着舰风险的实时评价，最终，研究了带有风险抑制作用的舰载机着舰过程非线性航迹控制方法，文中的仿真结果验证了本项目提出策略及算法的合理性和有效性，且该方法可被推广至其它类似的高风险控制问题。