标签：maneuvers 轨迹 机动 maneuver Implementation 多项式 飞行
Title:Implementation of tactical maneuvers with maneuver libraries 利用机动库实现战术机动
来源：航空学报英文版CSAA 2019出版
作者：School of Aerospace Information Engineering, Konkuk University
目录
3. Maneuver library generation
摘要
本文为固定翼飞行器创建和组合普通的机动库来实现战术机动。首先，通过分析战场所需战术机动的特点，建立广义的机动库。7阶多项式被用于创建机动库和生成飞行轨迹的模态输入中。为跟踪想要的轨迹，我们使用MFC设计了ACAH系统，RCRH系统，并且设计了LOS引导率。特别的CONDUIT被用来优化增益，使得控制系统能够满足HQ标准。最后，为纵向筋斗机动，上升反转机动，和爬升-回转-下降机动执行仿真，来验证战术机动可以通过机动库的组合来实现。这些研究可以为战术机动的飞行技术的发展和空军操作手册的修订做出贡献。
1、Introduction
[机动自动化的意义：]
The required maneuvers for an entire mission should be automated so that the mission can be successfully performed, the mission efficiency of manned or unmanned aircraft can be maximized in dynamically changing environments such as battlefields, and the variability of the types of aggressive maneuvers according to situations can be addressed.(后面全是so that 里面的)
整个任务所需的机动应该是自动的，如此任务才能够成功执行，有人/无人飞行器的任务效率能够在动态变化的环境（如战场）中最大化，根据态势进行的机动变化能够实现。
【研究综述，使用一般过去式】
Nazim 在飞行路径生成上做了研究，路径生成是在直行无人机任务所必须的。并且他利用滑模控制测试了机动控制的框架结构。（conducted a study on）
Koo研究了飞行机动转换所需的限制，以及根据路径的组合研究了任务多样性。
Wang4从飞行测试数据中识别出机动动作，并将数据存储为一个数据库。
Sankalp 研究了机动库的生成来确保直升机在已知环境中的稳定性。（studied）
Adam 调查了固定翼飞行器和四旋翼飞行器机动控制框架的结构（investigated）
Andrew 研究了敏捷/快速飞行的自主避障算法 （researched, agile flight）
Brian8 使用经典的控制技术研究了固定翼飞机的特技机动动作（researched, aerobatic maneuver）
Willem9 使用非线性控制技术研究特技机动动作
Edwards10 and Tatsch 描述了固定翼飞机的机动飞行流程（described）
这些研究表明了执行进攻性的机动需要进行机动和飞行控制。（mean that，）
Herman and Visser 将航段划分为若干段后，利用最小时间问题对飞行路径进行优化。（optimized）
Hiroyuki and Baba 根据质点模型，研究飞行轨迹优化和桶滚机动跟踪控制（tracking control，barrel roll maneuver）
【总结】这些研究优化了状态变量和控制变量的轨迹，或者是根据初始值，最终值以及机动限制优化了某一时刻的飞行轨迹。（These studies optimize the trajectories of state variables and control variables, or flight paths, at one time, based on initial values, final values, and constraints of the maneuver.）这些发展出来的方法（The methods developed 主语）可以提供最优解，如果存在的话，但他们不能保证满足给定条件限制的解的存在。更进一步，轨迹和飞行路径的优化是可能的，当设计者知道目标机动的物理特征和信息时。因此，目前已存在的研究方法不能在动态变化的环境中使用。（Therefore, the methods in the existing research cannot be used in those environments which change rapidly, such as battlefields.）因此Douglas and Roy 使用多项式研究了机动生成方法，Lee 使用多项式和轨迹控制研究了轨迹生成，尤其是（Especially），使用机动库提出了轨迹生成和跟踪控制的新概念。
所有的飞行控制必须满足操纵品质的要求(HQ)，DOD 发布了MIL-F-8785C，后人在在此基础上进行了一系列的改进和研究。
【论文思路】
本论文通过基础机动的组合来实现多种战术机动，通过飞行路径跟踪控制所提出的方法和普通的动作组合而成的特技机动动作，尝试战术机动的可能性。几个通用操纵库被定义了，模态输入被指定以识别这些库。然后，一个多项式被用来生成机动库。设计LOS导引律，ACAH系统，RCRH系统来执行战术动作，尤其是论文优化了控制系统的增益来满足HQ的指标要求。最后飞行仿真证明了论文方法的作用。(三个机动the longitudinal loop, immelmann-turn, and climbslalom-descent maneuvers)
This study proposes a method to realize various tactical maneuvers by using the combination of basic maneuvers. This study also attempts to show the possibility of tactical maneuvers with the method proposed by performing flight path tracking control and aerobatic maneuvers with the combination of general maneuver libraries. Several general maneuver libraries are defined, and modal inputs are specified to identify these libraries. Then, a polynomial is used to generate maneuver libraries and the method of this study is established. The Line-of-Sight guidance law, Attitude Command Attitude Hold (ACAH) system, and Rate Command Rate Hold (RCRH) system are then designed to perform tactical maneuvers through the combination of maneuver libraries. In particular, we optimize the gains of the control system to meet the Handling Qualities (HQ) criteria of fixed-wing aircraft by using the CONDUIT. Finally, flight simulations for the longitudinal loop, immelmann-turn, and climbslalom-descent maneuvers are performed to confirm the usefulness of the proposed method.
论文的章节安排，(The rest of this paper is organized as follows.), Section 2介绍基本动作库，Section 3描述了基于多项式的动作库的创建，Section 4提出了飞行控制系统的设计和优化，Section 5分析战术机动仿真。
2. General maneuver libraries
图一是空对地任务的流程，越过前线后，在2处执行地形遮蔽机动，通过一系列的aggressive maneuvers进攻性机动成功的在3和4处隐藏，避免敌方的雷达和地空导弹，在5处继续执行地形遮蔽机动，逃离交战区。在2-5处需要战术机动，每个区域的机动属性如表1
根据机动所需的灵敏性(agility)，将其分为4类，A,B,C,D，在HQ中，将进攻性和准确性一起称为agility，因此根据极限灵敏性可将战术机动划分为A到D。大多数已知的战术机动可以划分为不同的机动模型，根据高度和滚转角的变化，以及对纵向和横向上的依赖。如表2。
A1: 机动无高度变化，A2：机动有高度变化，B1: 机动无滚转角变化，B2：机动有滚转角变化，C1: 机动无筋斗(loop maneuver)机动，C2：机动有纵向筋斗机动（longitudinal loop maneuver），C2：机动有横向筋斗机动(lateral loop maneuver.)，
在飞行控制中，机动可以通过跟踪来执行，跟踪需要状态变量，一般将其称为FCS的模态输入。（In terms of flight-control, a maneuver can be performed by tracking required state variables which are commonly called modal inputs for FCS.）为实现进攻性机动，为每一个机动库指定模态输入和所需的FCS结构（控制器），如表3. 模态输入是最基本的状态变量，可以根据所需的准确度和进行性来跟踪。
模态输入的物理意义可以理解为确定各机动库的序列，选择控制方法。q_0 和q_1 的模态输入被指定为飞行速度，攻击角，高度变化率，这意味着每个机动的持续时间和值必须清楚的指定。【即为每个控制量给定值，FCS进行跟踪】动作库的创建意味着轨迹的生成，对应的为每个机动规定输入
3. Maneuver library generation
论文试图使用七次多项式来创建机动库，使用多项式进行机动库的生成是因为它可以克服优化方法的两个缺点。首先，该方法不能保证轨迹的实时生成，这是战场上的致命缺点(which is a fatal disadvantage in battlefields)。第二是该方法无法保证在给定的限制条件下，在两个不同的库连接点上一直有解。这意味着必须时刻准备着替换的方法来弥补优化方法的失败。对于这两种问题，一些解决方法已被提出，但并没有完全的解决方法。本论文利用多项式提出一种轨迹生成的方法，既满足实时应用，又能满足边界限制条件。
因为这些优点，Ref利用多项式轨迹生成方法，创建直升机飞行轨迹，本文使用7次多项式来创建机动库，加速度模型使用Ref提出的。
如图2所示，每一个阶段的轨迹可以生成，在机动划分为进入，最大加速，转换，最小加速，和已存在的阶段。机动的进攻性表现在进入和退出阶段的持续时间和加速度的振幅。
3.1. Entry phase
机动的激烈性由时间间隔
和角加速度
来决定，增加的越多，减小的越多。一旦确定，不得不满足边界条件（has to be numerically computed to satisfy the boundary conditions.）因此，本文使用一个多项式来和定义轨迹的进入阶段。是定义轨迹的初始估计，可以由式(1)来近似。
，
轨迹及其对应的角速度和角加速度可以表示为：
未完成。。。
标签：maneuvers,轨迹,机动,maneuver,Implementation,多项式,飞行 来源： https://blog.csdn.net/weixin_40493501/article/details/117259511
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