机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (2): 222-235.doi: 10.3901/JME.2025.02.222
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赵靖1,2, 王伟达1,2, 杨超1,2, 李颖1,2, 项昌乐1,2, 向真2, 昌磊2
收稿日期:
2024-02-10
修回日期:
2024-08-05
发布日期:
2025-02-26
作者简介:
赵靖,男,1997年出生,博士研究生。主要研究方向为飞行车辆的多模态路径规划与运动决策等智能行驶技术、高性能飞控技术。E-mail:zj@bit.edu.cn;王伟达(通信作者),男,1980年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为飞行车辆研发技术、机电复合传动技术、车辆动力学与控制技术。E-mail:wangwd0430@163.com
基金资助:
ZHAO Jing1,2, WANG Weida1,2, YANG Chao1,2, LI Ying1,2, XIANG Changle1,2, XIANG Zhen2, CHANG Lei2
Received:
2024-02-10
Revised:
2024-08-05
Published:
2025-02-26
摘要: 凭借着空地多域协同运行的特点,飞行车辆的路径规划问题扩大到了三维空间,有效提高任务完成的效率。传统的路径规划算法不再满足飞行车辆多模态三维路径的规划需求。因此,一种基于博弈学习兼顾车辆运行距离与能耗的多模态路径规划策略被提出。首先,考虑飞行车辆的飞行越障能力,设计一种新型的Q-learning奖励函数,引导车辆进行模态切换以探索尽可能短的二维地面距离。其次,双层追逐博弈用于生成模态切换时机与位置的决策序列,构建“间隔距离-能耗”复合效益表从而获取切换的纳什均衡解。通过车辆与环境的不断交互学习,效益表可实现不断更新,最终获得一系列兼顾车辆运行距离与能耗的模态切换动作集。最后,在40 km×40 km的任务地图中验证策略的有效性。该策略为飞行车辆规划的多模态路径比传统强化学习规划的地面行驶路径缩短了10.785 km的运行距离,而比距离最优的多模态路径降低了16.38%的路径能耗。当执行任务较紧急时,飞行车辆更侧重于运行距离的缩短,此时该策略为其规划的多模态路径比地面行驶路径缩短了11.933 km,能耗比距离最优的多模态路径降低了0.04%。
中图分类号:
赵靖, 王伟达, 杨超, 李颖, 项昌乐, 向真, 昌磊. 一种兼顾运行距离与能耗的飞行车辆多模态任务路线规划方法[J]. 机械工程学报, 2025, 61(2): 222-235.
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