使用切换最优控制技术的商用飞机编队任务设计
最优化与控制
2024-07-03 v1
摘要
本文研究了商用飞机的编队任务设计问题。给定若干商业航班的起飞时间、起降地点、相关天气预报以及编队飞行期间预期的燃油节省量，该问题在于确定如何将它们组织成编队或单机飞行，并寻找使航班总体直接运营成本最小化的轨迹。每架飞机可以单机飞行或处于编队内的不同位置。因此，该任务被建模为切换动态系统，其中离散状态描述了单架飞机飞行模式的组合，析取形式的逻辑约束确立了系统离散状态间的切换逻辑。编队任务设计问题被表述为切换动态系统的最优控制问题，并使用嵌入方法求解，该方法允许在不依赖二进制变量的情况下对离散状态间的切换决策进行建模。所得问题为经典最优控制问题，并使用打结伪谱方法求解。进行了若干数值实验以证明该方法的有效性。所得结果表明，编队飞行在减少燃油消耗和排放方面具有巨大潜力。
引用
@article{arxiv.2407.02163,
title = {Formation Mission Design for Commercial Aircraft Using Switched Optimal Control Techniques},
author = {María Cerezo-Magaña and Alberto Olivares and Ernesto Staffetti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.02163},
year = {2024}
}