最优控制问题可视化方案与求解代码生成技术研究

摘要

随着计算机与航空航天技术的高速发展，最优控制问题逐渐成为航空航天领域最为关注的优化问题之一，优化控制模型复用性低、不具通用性、建模人员编程技术要求高等方面的缺陷需要通过新的方法解决，本文采用自顶向下方法可视化表达和求解代码生成技术构建最优控制问题模型。可视化建模提高了模型的复用与通用性，求解代码生成降低了建模人员的要求，使得开发人员和建模人员将注意力从物理建模转移到业务逻辑上，从而提升建模效率。 针对航空航天领域飞行器的最优控制问题，本文提出了基于Modelica模型的最优控制问题可视化表达方案与求解代码生成实现。可视化采用自顶向下设计方法，根据最优控制问题特性，层次化自顶向下依次建立优化模型、单阶段模型和子系统模型，每一层根据该层特点进行特征建模。本系统将优化控制问题生成两部分代码：模型代码和配置代码。模型代码是CPP形式的代码，即主模型的数学模型，配置代码是用轻量级标记语言JSON实现。对Modelica优化模型采用模型对象自顶向下设计，同时对优化模型的annotation属性提取属性值和构建模型代码语义，生成JSON配置文件与CPP模型文件。 本文基于可视化建模与代码生成技术实现，为最优控制问题开发了可视化建模系统通过该系统进行了多阶段优化模型的可视化设计与代码生成工作，有效将可视化模型与代码生成实现相结合，为最优控制问题解决建模与代码生成提供一体化的解决方案，仿真求解结果验证了方法的可行性与高效性。

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