本發(fā)明涉及算法設(shè)計及仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計和仿真過程中，通常會涉及到飛行軌跡規(guī)劃和飛行姿態(tài)控制及飛行質(zhì)心位置控制等的設(shè)計問題。具體以飛行軌跡規(guī)劃設(shè)計為例，傳統(tǒng)的設(shè)計過程如圖1所示，在傳統(tǒng)的設(shè)計過程中，需要判斷仿真結(jié)果是否滿足設(shè)計要求，若不滿足要求，需要返回上一步驟，重新調(diào)整模型參數(shù)，重新仿真，直到仿真結(jié)果滿足為止。這種傳統(tǒng)的多參數(shù)優(yōu)化調(diào)整需要依靠人工進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整過程比較費(fèi)力耗時，對于沒有設(shè)計經(jīng)驗的設(shè)計人員來說，時間會更長；而針對某一固定參數(shù)個數(shù)的應(yīng)用建立一個特定的優(yōu)化模型，只能適用于某個特定場合，通用性差，整個系統(tǒng)的設(shè)計效率非常低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中采用人工對參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，費(fèi)時費(fèi)力，設(shè)計效率低的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法，包括：

構(gòu)建待設(shè)計仿真模型；

根據(jù)所述待設(shè)計仿真模型獲取優(yōu)化參數(shù)集；

調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)，將所述優(yōu)化參數(shù)集作為輸入代入到所述通用優(yōu)化算法函數(shù)，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

其中，所述優(yōu)化參數(shù)集包括：所述待設(shè)計仿真模型的輸入?yún)?shù)、所述輸入?yún)?shù)的取值范圍、所述輸入?yún)?shù)的不等式約束條件以及等式約束條件、所述輸入?yún)?shù)的初始取值、所述待設(shè)計仿真模型的優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)以及優(yōu)化過程約束條件。

其中，所述根據(jù)所述待設(shè)計仿真模型獲取優(yōu)化參數(shù)集，具體為：

根據(jù)所述待設(shè)計仿真模型的組成及工作原理，確定所述待設(shè)計仿真模型的輸入和輸出，將所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)作為輸入?yún)?shù)；

根據(jù)所述待設(shè)計仿真模型的工程約束要求，設(shè)定所述輸入?yún)?shù)的取值范圍、所述輸入?yún)?shù)的不等式約束條件以及等式約束條件，并確定所述輸入?yún)?shù)的初始取值；

根據(jù)所述待設(shè)計仿真模型的設(shè)計指標(biāo)要求，設(shè)定優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)；

根據(jù)所述待設(shè)計仿真模型的設(shè)計精度要求以及優(yōu)化迭代的最大次數(shù)要求，設(shè)定優(yōu)化過程約束條件。

其中，所述調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)，將所述優(yōu)化參數(shù)集作為輸入代入到所述通用優(yōu)化算法函數(shù)，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，具體為：

調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)；

將所述優(yōu)化參數(shù)集作為輸入代入到所述通用優(yōu)化算法函數(shù)，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，得到所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)，所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)包括對所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的參數(shù)取值以及對應(yīng)的優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值。

優(yōu)選的，還包括：

將所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整的過程中得到的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；

在所述優(yōu)化過程數(shù)據(jù)中提取最接近所述設(shè)計指標(biāo)要求的所述優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值對應(yīng)的所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的參數(shù)取值作為最終調(diào)整結(jié)果。

一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)，包括：

構(gòu)建單元，用于構(gòu)建待設(shè)計仿真模型；

獲取單元，用于根據(jù)所述待設(shè)計仿真模型獲取優(yōu)化參數(shù)集；

調(diào)整單元，用于調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)，將所述優(yōu)化參數(shù)集作為輸入代入到所述通用優(yōu)化算法函數(shù)，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

其中，所述優(yōu)化參數(shù)集包括：所述待設(shè)計仿真模型的輸入?yún)?shù)、所述輸入?yún)?shù)的取值范圍、所述輸入?yún)?shù)的不等式約束條件以及等式約束條件、所述輸入?yún)?shù)的初始取值、所述待設(shè)計仿真模型的優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)以及優(yōu)化過程約束條件。

其中，所述獲取單元包括：

確定單元，用于根據(jù)所述待設(shè)計仿真模型的組成及工作原理，確定所述待設(shè)計仿真模型的輸入和輸出，將所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)作為輸入?yún)?shù)；

第一設(shè)定單元，用于根據(jù)所述待設(shè)計仿真模型的工程約束要求，設(shè)定所述輸入?yún)?shù)的取值范圍、所述輸入?yún)?shù)的不等式約束條件以及等式約束條件，并確定所述輸入?yún)?shù)的初始取值；

第二設(shè)定單元，用于根據(jù)所述待設(shè)計仿真模型的設(shè)計指標(biāo)要求，設(shè)定優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)；

第三設(shè)定單元，用于根據(jù)所述待設(shè)計仿真模型的設(shè)計精度要求以及優(yōu)化迭代的最大次數(shù)要求，設(shè)定優(yōu)化過程約束條件。

其中，所述調(diào)整單元包括：

調(diào)用單元，用于調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)；

調(diào)整子單元，用于將所述優(yōu)化參數(shù)集作為輸入代入到所述通用優(yōu)化算法函數(shù)，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，得到所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)，所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)包括對所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的參數(shù)取值以及對應(yīng)的優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值。

優(yōu)選的，還包括：

存儲單元，用于將所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整的過程中得到的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；

提取單元，用于在所述優(yōu)化過程數(shù)據(jù)中提取最接近所述設(shè)計指標(biāo)要求的所述優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值對應(yīng)的所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的參數(shù)取值作為最終調(diào)整結(jié)果。

經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開了一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法及系統(tǒng)，該方法包括：構(gòu)建待設(shè)計仿真模型；根據(jù)待設(shè)計仿真模型獲取優(yōu)化參數(shù)集；調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)，將優(yōu)化參數(shù)集作為輸入代入到通用優(yōu)化算法函數(shù)，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。本發(fā)明通過先確定待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)，將待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)從待設(shè)計仿真模型中引出作為待設(shè)計仿真模型的輸入?yún)?shù)，將待設(shè)計仿真模型的工程約束要求轉(zhuǎn)換為待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的約束條件，將設(shè)計指標(biāo)要求轉(zhuǎn)換為待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的尋優(yōu)優(yōu)化指標(biāo)，調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)，進(jìn)行自動尋優(yōu)，從自動尋優(yōu)過程數(shù)據(jù)中確定待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的最終調(diào)整結(jié)果，其適用于多種應(yīng)用場合，如：飛行軌跡參數(shù)和控制器參數(shù)的優(yōu)化，且待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)個數(shù)不限定，可協(xié)助設(shè)計人員提高設(shè)計效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為傳統(tǒng)的飛行軌跡規(guī)劃設(shè)計過程流程示意圖；

圖2為傳統(tǒng)的某飛行器動力學(xué)仿真模型輸出飛行高度變化示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的某飛行器的待設(shè)計的飛行軌跡仿真模型示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的某飛行器的待設(shè)計的俯仰角仿真模型示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的某飛行器的控制系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的采用參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法調(diào)整的某飛行器飛行高度變化示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例提供的采用參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法調(diào)整的某飛行器俯仰角變化示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例提供的一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

首先以具體實施例進(jìn)行技術(shù)問題的說明：

例如對于某飛行器在從地面發(fā)射起飛后，其飛行高度需要在一定時間內(nèi)達(dá)到要求的高度，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計人員通常采用如下俯仰角變化模型，來實現(xiàn)高度的變化。

上式中，θ₀—為初始發(fā)射俯仰角；θ_p—為轉(zhuǎn)平時俯仰角；t₁,t₂—為給定的指令時間；K—控制參數(shù)，以上5個參數(shù)為待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。

假設(shè)對飛行器發(fā)射后飛行軌跡的設(shè)計要求是：飛行器發(fā)射出去后要求10秒鐘內(nèi)高度達(dá)到800米。

若給5個參數(shù)賦值如下：t₁＝5；t₂＝10；θ₀＝35；θ_p＝2；K＝0.8，調(diào)用飛行器動力學(xué)仿真模型，則飛行高度變化如圖2，圖2為傳統(tǒng)的某飛行器動力學(xué)仿真模型輸出飛行高度變化示意圖，橫坐標(biāo)time表示時間，(s)表示單位為秒，縱坐標(biāo)y表示高度變化量，(m)表示單位為米，從以上仿真結(jié)果可以看出，仿真結(jié)果不能滿足要求。

如果由設(shè)計人員人工調(diào)整以上5個參數(shù)，則有無數(shù)個組合，人工調(diào)整過程是很復(fù)雜、很漫長的。

此外，在完成了飛行指令變量θ^*的設(shè)計后，還需要設(shè)計一個控制器，在飛行器非線性動力學(xué)仿真情況下，實現(xiàn)對飛行指令變量的響應(yīng)。傳統(tǒng)的控制器采用PID控制設(shè)計方法，而PID控制器通常有3個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)，即比例系數(shù)K_p、積分系數(shù)K_i和微分系數(shù)K_d，PID控制器中的p是英文proportion(比例)的首字母，i是英文integration(積分)的首字母，d是英文differential(微分)的首字母。控制器的輸入是誤差值，控制器的比例系數(shù)K_p的作用是對誤差值進(jìn)行比例計算，控制器的積分系數(shù)K_i的作用是對誤差值進(jìn)行積分計算，控制器的微分系數(shù)K_d的作用是對誤差值進(jìn)行微分計算。

有經(jīng)驗的設(shè)計人員，通常會根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置3個控制參數(shù)的大致取值范圍，在該范圍內(nèi)不斷調(diào)整取值，之后進(jìn)行仿真驗證，而沒有經(jīng)驗的設(shè)計人員，只能采用人工不斷試探方法調(diào)整，費(fèi)時費(fèi)力；而針對某一固定參數(shù)個數(shù)的應(yīng)用建立一個特定的優(yōu)化模型，只能適用于某個特定場合，通用性不好，整個系統(tǒng)的設(shè)計效率非常低。

因此，為了提高設(shè)計效率，本發(fā)明提出一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法及系統(tǒng)，其適用于不同的應(yīng)用場合，通用性好，既可以用于飛行軌跡參數(shù)的優(yōu)化，也可以用于控制器參數(shù)優(yōu)化等，待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的個數(shù)不限定，可協(xié)助設(shè)計人員提高設(shè)計效率。

請參閱附圖3，圖3為本發(fā)明實施例提供的一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法流程示意圖。如圖3所示，本發(fā)明公開了一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法，該方法具體步驟包括如下：

S301、構(gòu)建待設(shè)計仿真模型。

具體的，根據(jù)待設(shè)計仿真模型的組成和仿真要求，進(jìn)行待設(shè)計仿真模型的構(gòu)建。請參閱附圖4和附圖5，圖4為本發(fā)明實施例提供的某飛行器的待設(shè)計的飛行軌跡仿真模型示意圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的某飛行器的待設(shè)計的俯仰角仿真模型示意圖。

S302、根據(jù)待設(shè)計仿真模型獲取優(yōu)化參數(shù)集。

具體的，優(yōu)化參數(shù)集可以包括：待設(shè)計仿真模型的輸入?yún)?shù)、輸入?yún)?shù)的取值范圍、輸入?yún)?shù)的不等式約束條件以及等式約束條件、輸入?yún)?shù)的初始取值、待設(shè)計仿真模型的優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)以及優(yōu)化過程約束條件。

其中，具體的優(yōu)化參數(shù)集是根據(jù)待設(shè)計仿真模型來確定的，根據(jù)待設(shè)計仿真模型的相關(guān)要求，上述優(yōu)化參數(shù)集中某些參數(shù)可以設(shè)置為空。

具體的優(yōu)化參數(shù)集是根據(jù)以下的要求進(jìn)行確定和設(shè)定的：

根據(jù)待設(shè)計仿真模型的組成及工作原理，確定待設(shè)計仿真模型的輸入和輸出，將待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)作為輸入?yún)?shù)。

上述提及的待設(shè)計仿真模型的輸入為啟動待設(shè)計仿真模型的輸入，作為啟動待設(shè)計仿真模型的固定指令，輸入?yún)?shù)為待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)，即：需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整的參數(shù)，主要是根據(jù)優(yōu)化設(shè)計仿真模型確定的。

根據(jù)待設(shè)計仿真模型的工程約束要求，設(shè)定輸入?yún)?shù)的取值范圍、輸入?yún)?shù)的不等式約束條件以及等式約束條件，并確定輸入?yún)?shù)的初始取值。

根據(jù)待設(shè)計仿真模型的設(shè)計指標(biāo)要求，設(shè)定優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)。

根據(jù)待設(shè)計仿真模型的設(shè)計精度要求以及優(yōu)化迭代的最大次數(shù)等要求，設(shè)定優(yōu)化過程約束條件。

S303、調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)，將優(yōu)化參數(shù)集作為輸入代入到通用優(yōu)化算法函數(shù)，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

具體該步驟為：

調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)；

將所述優(yōu)化參數(shù)集作為輸入代入到所述通用優(yōu)化算法函數(shù)，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，得到所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)，待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)包括對所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的參數(shù)取值以及對應(yīng)的優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值。

優(yōu)選的，該方法步驟還包括以下步驟：

S304、將待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整的過程中得到的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。

在本申請中，由于優(yōu)化算法函數(shù)的計算結(jié)果會受到較多因素的影響，例如：待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的初始值的設(shè)定、尋優(yōu)收斂精度等，計算優(yōu)結(jié)果不一定是最優(yōu)的，或者也有可能尋優(yōu)失敗，但在這個尋優(yōu)過程中，總會有接近目標(biāo)的結(jié)果，也就是讓優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值達(dá)到接近最優(yōu)的結(jié)果，因此在尋優(yōu)過程中，需要記錄每次尋優(yōu)對應(yīng)的待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)取值，以及對應(yīng)的優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值。

S305、在優(yōu)化過程數(shù)據(jù)中提取最接近設(shè)計指標(biāo)要求的優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值對應(yīng)的待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的參數(shù)取值作為最終調(diào)整結(jié)果。

在本申請中，可以通過編程從優(yōu)化調(diào)整過程數(shù)據(jù)中提取出最接設(shè)計指標(biāo)要求的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)作為最終調(diào)整結(jié)果輸出。

具體的，參數(shù)優(yōu)化調(diào)整實現(xiàn)流程實施例：

在本申請中，以某飛行器飛行軌跡的設(shè)計過程為例來說明參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法的實現(xiàn)流程，具體的，如圖4所示，某飛行器的待設(shè)計的飛行軌跡仿真模型示意圖，模塊“MissileBody”為飛行器的動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)仿真模型；模塊“Controller”為控制器模型，用于對飛行器進(jìn)行控制，以便使飛行器的對應(yīng)輸出能夠跟隨輸入指令的要求，模型中的其他模塊都是上述飛行軌跡對應(yīng)變量俯仰角的變化模型，也就是根據(jù)上面提及的俯仰角的變化公式(1)搭建俯仰角的變化模型。

通常，控制系統(tǒng)基本組成如圖6所示，其中“指令生成”模塊的作用是，生成要求的指令，例如，通常要求的指令包括：期望的飛行軌跡、期望的飛行速度、期望的飛行姿態(tài)等。

“控制器”模塊的作用是，將要求的指令和“被控對象”實際的狀態(tài)量相減，例如，實際狀態(tài)量包括有：實際的飛行軌跡、實際的飛行速度、實際的飛行姿態(tài)等。“控制器”模塊將要求的指令，與實際的狀態(tài)量相減，求出誤差，然后對誤差值進(jìn)行計算，得出控制量，例如如果“控制器”模塊采用的是PID控制器，則對誤差值進(jìn)行比例計算、積分計算和微分計算，得出控制量，控制量輸出給“被控對象”，改變“被控對象”的實際狀態(tài)量，使得實際的狀態(tài)量向要求的指令靠近，也就是最終使得誤差值接近為0。

在本例子中，飛行軌跡對應(yīng)變量俯仰角的變化模型的作用是進(jìn)行指令生成，也就是按照公式(1)生成期望的俯仰角指令。

在本例子中，被控對象就是飛行器本身，對應(yīng)的模塊就是“MissileBody”。

在本例子中，控制器對應(yīng)的模塊就是“Controller”。

因此，“MissileBody”、“Controller”和飛行軌跡變量俯仰角的變化模型之間的工作關(guān)系就是如圖6所表示的工作關(guān)系，也就是：“飛行軌跡變量俯仰角的變化模型”就是控制系統(tǒng)組成中的“指令生成”，“MissileBody”就是就是控制系統(tǒng)組成中的“被控對象”模塊，而“Controller”就是控制系統(tǒng)組成中的“控制器”模塊。

如果要改變飛行器飛行軌跡對應(yīng)的變量—俯仰角，則需要由指令生成模塊生成要求的、期望的俯仰角指令，在本例子中，對應(yīng)的模塊就是按照公式(1)所實現(xiàn)的模塊組合，即包括以上模型組成圖中的“Digital Clock”、“t1”、“t2”、“Seta0”、“Setap”、“K”、“If action Subsystem”、“Merge”等小模塊的組合，在這里統(tǒng)稱為飛行軌跡對應(yīng)變量變化模型。

被控對象“MissileBody”模塊輸出的俯仰角為實際的俯仰角，期望的俯仰角和實際的俯仰角，匯總到控制器“Controller”模塊，由控制器模塊計算控制量，輸出送給被控對象“MissileBody”模塊，被控對象在控制量的作用下，會改變其實際的俯仰角，使得實際俯仰角靠近期望的俯仰角。

步驟S1：根據(jù)待設(shè)計仿真模型的組成及工作原理，確定輸入和輸出，如圖4所示，Digital Clock作為輸入，Out1作為輸出，將待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)作為輸入?yún)?shù)輸入待設(shè)計仿真模型，從上述某飛行器的待設(shè)計的飛行軌跡仿真模型中看出，將5個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)在模型中以顯示模塊表示，如模塊“K”等。這些待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)都將作為整個設(shè)計仿真模型的輸入。

步驟S2：根據(jù)待設(shè)計仿真模型的工程約束要求，設(shè)定輸入?yún)?shù)的取值范圍、輸入?yún)?shù)的不等式約束條件以及等式約束條件，并確定輸入?yún)?shù)的初始取值。從上述設(shè)計模型中看出，由于設(shè)計仿真約束條件是要求10秒內(nèi)飛行高度達(dá)到800米，因此對于5個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)，對于t₂，要求其取值必須大于t₁，同時小于10秒，如果設(shè)定t₁的取值范圍是0到5秒，則t₂的取值范圍應(yīng)該為5到10秒；對于其他參數(shù)如初始發(fā)射俯仰角等，則需要根據(jù)實際發(fā)射條件來設(shè)定，例如有的發(fā)射筒傾斜角度必須小于45度，則初始發(fā)射角度的取值必須小于45度等。其他待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的取值范圍都是依據(jù)實際工程情況來設(shè)定，也就是將約束條件轉(zhuǎn)換為對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的取值范圍。

步驟S3：根據(jù)待設(shè)計仿真模型的設(shè)計指標(biāo)要求設(shè)定優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)。從上述設(shè)計模型中看出，設(shè)計指標(biāo)要求是飛行高度達(dá)到800米，因此可以設(shè)定優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)為f＝y(tǒng)-800，這里的y就是設(shè)計仿真模型的輸出。

步驟S4：根據(jù)待設(shè)計仿真模型的設(shè)計精度要求以及優(yōu)化迭代的最大次數(shù)等要求，設(shè)定優(yōu)化過程約束條件。

即設(shè)定優(yōu)化迭代過程的結(jié)束的優(yōu)化約束條件，例如：設(shè)計精度要求以及優(yōu)化迭代的最大次數(shù)等要求。

步驟S5：調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)，保存優(yōu)化過程數(shù)據(jù)。從上述設(shè)計模型中看出，將5個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的初始取值、每個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)對應(yīng)的取值范圍、以及優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)f，代入到通用優(yōu)化算法函數(shù)中，如單純形算法等，就可以對5個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行自動尋優(yōu)。由于通用優(yōu)化算法函數(shù)的計算結(jié)果會受到較多因素的影響，例如包括待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的初始值的設(shè)定、尋優(yōu)收斂精度等，計算的結(jié)果不一定是最優(yōu)的，或者也有可能尋優(yōu)失敗，但在這個尋優(yōu)過程中，總會有接近目標(biāo)的結(jié)果，也就是讓優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值達(dá)到接近最小的結(jié)果，因此在尋優(yōu)過程中，需要記錄每次尋優(yōu)對應(yīng)的的待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的參數(shù)取值，以及對應(yīng)的優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值。

例如，假設(shè)采用MATLAB的通用優(yōu)化算法函數(shù)fmincon進(jìn)行計算，fmincon函數(shù)的調(diào)用格式為：

x＝fmincon(@optfun，x₀，A，b，A_eq，b_eq，l_b，u_b，@confun，options)

其中，@optfun表示用于計算優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)f的函數(shù)名稱；x₀表示待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的初始值；A表示不等式約束方程左側(cè)矩陣；b表示不等式約束方程右側(cè)向量；A_eq表示等式約束方程左側(cè)矩陣；b_eq表示等式約束方程右側(cè)向量；l_b表示對應(yīng)待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的取值下限；u_b表示對應(yīng)待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的取值上限；@confun表示計算工程約束要求的函數(shù)名稱；options表示優(yōu)化過程約束條件，包括收斂精度等，例如要求優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值小于多少就結(jié)束優(yōu)化過程等；x表示待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的調(diào)整結(jié)果。

在本實施例中，為了調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)fmincon，設(shè)置對應(yīng)參數(shù)如下：

在optfun函數(shù)中，設(shè)置優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)的計算公式為f＝y(tǒng)-800，同時，每次優(yōu)化過程中，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)x和優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值的計算過程值都保存下來；將x₀賦值為x₀＝[t₁₀，t₂₀，Seta₀₀，Seta_p0，K₀]，也就是5個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)對應(yīng)的初始值；在這里例子中，不需要考慮不等式約束和等式約束，因此可以賦值為空，即A＝[]，b＝[]，A_eq＝[]，b_eq＝[]；在本實施例中，因為要設(shè)置待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的取值范圍，則相應(yīng)的給l_b和u_b賦對應(yīng)值即可，因為是5個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)，則l_b和u_b分別為對應(yīng)的5個值；在本實施例中，不需要計算約束函數(shù)值，因此在confun函數(shù)中，直接設(shè)置返回值為0即可。

步驟S6：從優(yōu)化過程數(shù)據(jù)中提取最接近設(shè)計指標(biāo)要求的計算結(jié)果作為調(diào)整結(jié)果。在尋優(yōu)結(jié)束后，可以通過尋找最小值f的方法，找出最接近設(shè)計指標(biāo)要求的參數(shù)取值，確定為最終的調(diào)整結(jié)果。

利用上述方法，針對上述某飛行器的待設(shè)計的飛行軌跡仿真模型，參數(shù)調(diào)整仿真結(jié)果如圖6所示。

上述仿真結(jié)果中，橫坐標(biāo)time表示時間，(s)表示單位為秒，縱坐標(biāo)y表示高度變量，(m)表示單位為米。如圖6中所標(biāo)識，粗實線表示最初的仿真結(jié)果，高度沒有達(dá)到800米，點(diǎn)劃線表示最接近設(shè)計指標(biāo)要求的調(diào)整結(jié)果，細(xì)實線表示算法調(diào)整過程中的中間結(jié)果。

從上述仿真結(jié)果可以看出，通過本發(fā)明提出的參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法，可以讓計算機(jī)自動實現(xiàn)參數(shù)調(diào)整過程，而不需要人工反復(fù)試探調(diào)整，可以大大提高設(shè)計效率。

通過上述調(diào)整，在完成飛行軌跡對應(yīng)變量的設(shè)計后，還需要對控制器參數(shù)進(jìn)行設(shè)計調(diào)整，具體的如下：

假設(shè)采用PID控制聯(lián)合角速率反饋增穩(wěn)設(shè)計方法，根據(jù)上述步驟將設(shè)計仿真模型調(diào)整圖5所示，某飛行器的待設(shè)計的俯仰角仿真模型示意圖。

在通過參數(shù)優(yōu)化調(diào)整后，確定了飛行軌跡對應(yīng)變量—俯仰角的變化過程，也就是確定了俯仰角指令的生成過程。為了對控制器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，需要先將指令固定為某一個值，以便考察在控制器的作用下，被控對象的實際輸出是否能夠靠近指令值。將指令固定為什么常值，沒有特殊要求。

如圖5所示，假設(shè)固定指令值“command”為25，該固定指令值為某飛行器的待設(shè)計的俯仰角仿真模型的輸入，Out1、Gain和Gain1作為輸出，將待設(shè)計仿真模型中的“Controller”模塊中的3個控制參數(shù)K_p、K_i、K_d從待設(shè)計仿真模型中引出來，分別對應(yīng)“K_p”、“K_i”、“K_d”模塊，作為待設(shè)計仿真模型的輸入?yún)?shù)。由于系統(tǒng)采用PID控制聯(lián)合角速率反饋增穩(wěn)設(shè)計方法，還需要有一個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)—即角速率反饋系數(shù)“K_wz”，也需要從待設(shè)計仿真模型中引出來，作為待設(shè)計仿真模型的輸入?yún)?shù)，“K_wz”的含義是角速率反饋系數(shù)，也就是對俯仰角的角速率值乘以一個系數(shù)“K_wz”，乘積的結(jié)果疊加到PID控制器的計算結(jié)果上，作為最終的控制量，輸出給被控對象“MissileBody”模塊。

對4個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)確定其取值范圍，并根據(jù)控制設(shè)計要求，確定優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)f，例如，如果要求均值最小，同時要求最大超調(diào)量也要達(dá)到最小，則可以設(shè)定優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)為：f＝C*(mean(y)-command)+(1-C)*(max(y)-command)，其中，f表示優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值；C表示加權(quán)系數(shù)，最大取值1，權(quán)值越大，表明該式分量越大；y為設(shè)計仿真模型的輸出變量；mean表示取均值；max表示取最大值。

同樣的，通過fmincon函數(shù)來計算優(yōu)化結(jié)果，具體的處理過程是將4個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的初始取值、每個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)對應(yīng)的取值范圍、以及優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)f，代入到通用優(yōu)化算法函數(shù)x＝fmincon(@optfun，x₀，A，b，A_eq，b_eq，l_b，u_b，@confun，options)中，就可以對4個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行自動尋優(yōu)，具體設(shè)置對應(yīng)參數(shù)如下：

在optfun函數(shù)中，設(shè)置優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)f的計算公式為f＝C*(mean(y)-command)+(1-C)*(max(y)-command)，同時，每次優(yōu)化過程中，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)x和優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值的計算過程值都保存下來；

在本實施例中，將x₀賦值為x₀＝[K_p0，K_i0，K_d0，K_wz0]，也就是4個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)對應(yīng)的初始值；在本實施例中，不需要考慮不等式約束和等式約束，因此可以賦值為空，即A＝[]，b＝[]，A_eq＝[]，b_eq＝[]；在本實施例中，因為要設(shè)置待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的取值范圍，則相應(yīng)的給l_b和u_b賦對應(yīng)值即可，因為是4個待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)，則l_b和u_b分別為對應(yīng)的4個值；在本實施例中，不需要計算約束函數(shù)值，因此在confun函數(shù)中，直接設(shè)置返回值為0即可。

設(shè)置好參數(shù)后，進(jìn)行計算仿真，仿真結(jié)果如圖8所示，上述仿真結(jié)果中，橫坐標(biāo)time表示時間，(s)表示單位為秒，縱坐標(biāo)pitch angle表示俯仰角變量，(deg.)表示單位為度。如圖8中所標(biāo)識，粗實線表示最初的仿真結(jié)果，實際俯仰角沒有達(dá)到25度指令要求，點(diǎn)劃線表示最接近設(shè)計指標(biāo)要求的調(diào)整結(jié)果，細(xì)實線表示算法調(diào)整過程中的中間結(jié)果。

對于圖7和圖8所示，可以通過編程從優(yōu)化調(diào)整過程數(shù)據(jù)中提取出最接近設(shè)計指標(biāo)要求的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)作為調(diào)整結(jié)果輸出。

本申請?zhí)峁┝艘环N參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法，該方法包括：構(gòu)建待設(shè)計仿真模型；根據(jù)待設(shè)計仿真模型獲取優(yōu)化參數(shù)集；調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)，將優(yōu)化參數(shù)集作為輸入代入到通用優(yōu)化算法函數(shù)，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。本發(fā)明通過先確定需要待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)，將需要待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)從待設(shè)計仿真模型中引出作為待設(shè)計仿真模型的輸入?yún)?shù)，將設(shè)計仿真模型的工程約束要求轉(zhuǎn)換為待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的約束條件，將設(shè)計指標(biāo)要求轉(zhuǎn)換為待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的尋優(yōu)優(yōu)化指標(biāo)，調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)，進(jìn)行自動尋優(yōu)，從自動尋優(yōu)過程數(shù)據(jù)中確定待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的最終調(diào)整結(jié)果，其適用于多種應(yīng)用場合，如：飛行軌跡參數(shù)和控制器參數(shù)的優(yōu)化，且待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)個數(shù)不限定，可協(xié)助設(shè)計人員提高設(shè)計效率。

在上述公開的方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還公開了一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)。

請參閱附圖9，圖9為本發(fā)明實施例提供的一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9所示，本發(fā)明公開了一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)，具體的，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括如下：

構(gòu)建單元901，用于構(gòu)建待設(shè)計仿真模型；

獲取單元902，用于根據(jù)待設(shè)計仿真模型獲取優(yōu)化參數(shù)集；

調(diào)整單元903，用于調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)，將優(yōu)化參數(shù)集作為輸入代入到通用優(yōu)化算法函數(shù)，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

其中，優(yōu)化參數(shù)集包括：待設(shè)計仿真模型的輸入?yún)?shù)、輸入?yún)?shù)的取值范圍、輸入?yún)?shù)的不等式約束條件以及等式約束條件、輸入?yún)?shù)的初始取值、待設(shè)計仿真模型的優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)以及優(yōu)化過程約束條件。

其中，所述獲取單元包括：

確定單元，用于根據(jù)所述待設(shè)計仿真模型的組成及工作原理，確定所述待設(shè)計仿真模型的輸入和輸出，將所述待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)作為輸入?yún)?shù)；

第一設(shè)定單元，用于根據(jù)待設(shè)計仿真模型的工程約束要求，設(shè)定輸入?yún)?shù)的取值范圍、輸入?yún)?shù)的不等式約束條件以及等式約束條件，并確定輸入?yún)?shù)的初始取值；

第二設(shè)定單元，用于根據(jù)待設(shè)計仿真模型的設(shè)計指標(biāo)要求，設(shè)定優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)。

第三設(shè)定單元，用于根據(jù)待設(shè)計仿真模型的設(shè)計精度要求以及優(yōu)化迭代的最大次數(shù)等要求，設(shè)定優(yōu)化過程約束條件。

其中，所述調(diào)整單元包括：

調(diào)用單元，用于調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)；

調(diào)整子單元，用于將優(yōu)化參數(shù)集作為輸入代入到通用優(yōu)化算法函數(shù)，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，得到待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)，待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)包括對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的參數(shù)取值以及對應(yīng)的優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值。

優(yōu)選的，該系統(tǒng)還可以包括：

存儲單元904，用于將待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整的過程中得到的優(yōu)化過程數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；

提取單元905，用于在優(yōu)化過程數(shù)據(jù)中提取最接近設(shè)計指標(biāo)要求的優(yōu)化指標(biāo)計算函數(shù)值對應(yīng)的待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的參數(shù)取值作為最終調(diào)整結(jié)果。

綜上所述，本發(fā)明公開了一種參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方法及系統(tǒng)，該方法包括：構(gòu)建待設(shè)計仿真模型；根據(jù)待設(shè)計仿真模型獲取優(yōu)化參數(shù)集；調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)，將優(yōu)化參數(shù)集作為輸入代入到通用優(yōu)化算法函數(shù)，對待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。本發(fā)明通過先確定待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)，將待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)從待設(shè)計仿真模型中引出作為待設(shè)計仿真模型的輸入?yún)?shù)，將待設(shè)計仿真模型的工程約束要求轉(zhuǎn)換為待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的約束條件，將設(shè)計指標(biāo)要求轉(zhuǎn)換為待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的尋優(yōu)優(yōu)化指標(biāo)，調(diào)用通用優(yōu)化算法函數(shù)，進(jìn)行自動尋優(yōu)，從自動尋優(yōu)過程數(shù)據(jù)中確定待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)的最終調(diào)整結(jié)果，其適用于多種應(yīng)用場合，如：飛行軌跡參數(shù)和控制器參數(shù)的優(yōu)化，且待優(yōu)化調(diào)整參數(shù)個數(shù)不限定，可協(xié)助設(shè)計人員提高設(shè)計效率。

需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點(diǎn)說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。