無人機自主編隊飛行控制系統(tǒng)設計方法及應用研究.pdf

1、本文主要進行了無人機自主編隊飛行控制系統(tǒng)的設計方法及應用研究。針對無人機編隊飛行的實際特點,首先討論了編隊飛行系統(tǒng)的建模問題,在單機運動方程和平面相對運動方程的基礎上建立了編隊飛行系統(tǒng)空間模型,然后討論了氣動耦合效應對編隊飛行隊列中飛機的影響。接著,分別研究了模糊控制,自適應控制及滑?？刂评碚撛诰庩狅w行控制中的運用,其中考慮到編隊飛行遭遇的不確定因素,分別設計了編隊飛行自適應控制系統(tǒng),編隊飛行滑?？刂葡到y(tǒng),并進行仿真分析,對編隊飛行控制

2、系統(tǒng)設計方法進行了深入研究。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 1、研究了編隊飛行系統(tǒng)建模問題。將相鄰兩機的相對運動方程投影到平面氣流坐標中,給出了編隊飛行平面的相對運動方程。在單機模型的基礎上,將編隊隊列中單機的飛行狀態(tài)量和相鄰兩機之間的相對運動方程投影到第I架飛機氣流坐標系中討論,建立了編隊飛行系統(tǒng)空間模型。
　　 2、研究了氣動耦合效應對無人機編隊飛行的影響問題。用馬蹄渦模型簡化編隊飛行中飛機機翼產(chǎn)生的渦流,建

3、立編隊飛行渦模型。討論編隊隊列中相鄰兩機之間的氣動耦合效應,具體計算了由于第i-1架飛機的渦流在第i架飛機上產(chǎn)生的誘導速度及氣動力增量。將氣動效應影響加入到第i架飛機的自動駕駛儀,修正了原有的自動駕駛儀,并進行了數(shù)值仿真。分析比較有無氣動耦合影響的兩種系統(tǒng)的仿真結果后,可以看出考慮氣動耦合影響的系統(tǒng)在鄰機飛行狀態(tài)發(fā)生改變的情況下,系統(tǒng)響應變化要比無氣動耦合影響的系統(tǒng)大。
　　 3、研究模糊控制在編隊飛行控制中的應用。將模糊控制理

4、論用于編隊飛行控制系統(tǒng),以空中加油任務為背景,建立了長僚機雙機編隊系統(tǒng)的模糊控制系統(tǒng),對僚機的速度、高度和偏航角通道進行控制,仿真結果顯示,此模糊控制系統(tǒng)能達到編隊飛行的要求,驗證了模糊控制在編隊飛行控制中的有效性。
　　 4、研究了具有不確定因素的編隊飛行系統(tǒng)的自適應控制問題。以編隊飛行平面相對運動方程和自動駕駛儀為基礎,針對編隊飛行中會遇到內(nèi)部或外界不明擾動影響的特點,分別討論了編隊飛行系統(tǒng)參數(shù)未知和模型未知兩種情況下的自適

5、應控制問題。當編隊飛行系統(tǒng)模型未知時,將隊列中飛機所受到的不確定項分為時變函數(shù)和常值函數(shù)來分別研究設計自適應估計律和自適應控制器,仿真結果顯示,在模型未知的情況下,自主編隊飛行系統(tǒng)達到穩(wěn)定的時間比氣動力增量參數(shù)未知的情況要長。
　　 5、研究了非線性編隊飛行系統(tǒng)空間模型的滑模變結構控制問題。針對編隊飛行系統(tǒng)空間模型的非線性程度和不確定性的影響,設計了編隊飛行滑模變結構控制系統(tǒng)。只需知道相鄰一架飛機的飛行狀態(tài)的情況下,滑?？刂破骺?/p>

6、對編隊隊列中任意一架飛機進行控制。由于實際編隊飛行中不確定量上界具有不可知性,研究設計了一種基于自適應估計的滑模變結構控制系統(tǒng),仿真結果表明,該具有不確定量的滑?？刂葡到y(tǒng)能實現(xiàn)穩(wěn)定編隊飛行,編隊飛行空間模型適用于研究編隊隊列中的飛機做機動飛行運動時的自主編隊飛行控制問題。
　　 綜上所述,本文對自主編隊飛行控制系統(tǒng)進行了比較系統(tǒng)的研究,針對編隊飛行中存在不確定因素影響的特點對控制方法進行了詳細研究討論,仿真效果顯示出各種控制方法