一种基于强化学习的直升机可视化仿真平台搭建方法
2025-02-27 10:28
No.1344617113192767488
技术概要
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本技术公开了一种基于强化学习的直升机可视化仿真平台搭建方法,包括以下步骤:S1、封装直升机动力学模型;S2、通过强化学习方法与直升机动力学系统结合构建初始化智能体;S3、通过智能体产生的操作指令与环境交互,训练智能体;S4、测试智能体的训练成果,并显性化展示测试过程的飞行效果;本发明提出了一种基于强化学习的直升机飞行控制方法,旨在通过自适应模型调整和自监督辅助任务,提升飞行操控与决策系统的表现。通过强化学习方法有效结合操作与环境,使得直升机能够在复杂和不确定的情况下实现飞行控制,完成指定任务。
背景技术
直升机作为一种独特的航空器,具有垂直起降、悬停、向前、向后和横向飞行等多种功能,使其在许多领域中扮演着不可替代的角色。这些领域包括但不限于医疗急救、搜索救援、军事行动、交通管理、环境监测、森林防火、油气勘探和新闻采集。其独特的飞行能力使其在困难地形和城市环境中具有独特的优势。其灵活性和敏捷性是固定翼飞机无法比拟的。这种能力在紧急救援、灾难应对和复杂地形运输中尤为重要。 然而,直升机的飞行操作复杂,需要飞行员同时操控多个控制面(如旋翼、尾桨等)和动力系统。由于直升机在空中的稳定性相对较低,操作失误可能导致严重的飞行事故。飞行员在实际操作中需要面对多种复杂的飞行环境和应急情况,而每一次错误都可能带来灾难性后果。因此飞行员需要进行大量的训练以掌握各种飞行技巧和应急处理能力。同时,直升机的机械系统包括旋翼、传动系统、发动机等多个关键组件,这些组件的故障可能导致飞行事故。特别是在高负荷或恶劣环境下,机械故障的概率增加。直升机的实际飞行训练和测试需要消耗大量的燃料、维护资源和人力成本。每一次飞行都涉及高昂的费用,特别是在进行复杂飞行任务或应急演练时。此外,直升机的损耗和故障维护也增加了实际飞行的经济负担。 搭建一个直升机仿真平台能够提供一个安全、可控和高效的训练环境,通过控制环境中的变量模拟外部环境以及飞行过程中的紧急情况,减少由于直升机飞行带来的资源消耗,降低安全隐患。目前一些直升机控制方法采用PID控制器方法,然而PID控制器的性能依赖于控制参数(比例、积分、微分增益)的精确调整。这些参数通常需要在系统设计阶段通过试验和误差进行手动调节,一旦系统环境发生变化,PID控制器可能需要重新调整,PID控制器在处理线性系统时表现良好,但对非线性系统的处理能力有限。而直升机的仿真平台为了更加契合实际场景,会进行复杂的环境设定,这使得PID方法效果不佳。因此,我们的发明采用基于强化学习的方法,通过持续地交互和学习自动适应环境的变化,无需人工干预,并且不依赖于系统的线性假设,可以处理复杂的非线性关系,并在动态变化的环境中有效工作,能够适应复杂的外部环境。 具体而言,在强化学习方法中,状态空间应充分描述直升机的飞行状态,如位置、速度和姿态等;动作空间则定义了直升机可执行的所有操作,如变距杆和脚蹬的调整。奖励函数是强化学习的核心,需平衡飞行稳定性、任务完成度、能耗和安全性等因素。选择合适的强化学习算法,结合经验回放和目标网络等技术进行训练,并对策略进行优化,以提高其在真实环境中的表现。通过上述步骤,结合飞行动力学模型和强化学习,可以实现直升机飞行控制的多次迭代优化,在复杂的飞行环境设定下,逐步实现自动驾驶任务,构建基于强化学习的直升机智能飞控方法。与此同时,为了展示强化学习所控制的飞机的效果,本发明采用一种可视化方法,在测试过程中记录飞机的位置、速度、姿态等信息,通过三维空间坐标显示直升机的飞行轨迹,以及飞行过程中直升机的姿态变化情况。 综上所述,本发明提出了一种基于强化学习的直升机飞行控制方法,旨在通过自适应模型调整和自监督辅助任务,提升飞行操控与决策系统的表现。通过强化学习方法有效结合操作与环境,使得直升机能够在复杂和不确定的情况下实现飞行控制,完成指定任务。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
朱旗  鄢力炜  翟象平  张夏阳  招启军
技术所属: 南京航空航天大学
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