無人機(jī)自主編隊飛行控制系統(tǒng)設(shè)計方法及應(yīng)用研究.pdf

1、本文主要進(jìn)行了無人機(jī)自主編隊飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及應(yīng)用研究。針對無人機(jī)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(jī)運動方程和平面相對運動方程的基礎(chǔ)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(yīng)對編隊飛行隊列中飛機(jī)的影響。接著,分別研究了模糊控制,自適應(yīng)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(shè)計了編隊飛行自適應(yīng)控制系統(tǒng),編隊飛行滑模控制系統(tǒng),并進(jìn)行仿真分析,對編隊飛行控制

2、系統(tǒng)設(shè)計方法進(jìn)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(jī)的相對運動方程投影到平面氣流坐標(biāo)中,給出了編隊飛行平面的相對運動方程。在單機(jī)模型的基礎(chǔ)上,將編隊隊列中單機(jī)的飛行狀態(tài)量和相鄰兩機(jī)之間的相對運動方程投影到第I架飛機(jī)氣流坐標(biāo)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(yīng)對無人機(jī)編隊飛行的影響問題。用馬蹄渦模型簡化編隊飛行中飛機(jī)機(jī)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(jī)之間的氣動耦合效應(yīng),具體計算了由于第i-1架飛機(jī)的渦流在第i架飛機(jī)上產(chǎn)生的誘導(dǎo)速度及氣動力增量。將氣動效應(yīng)影響加入到第i架飛機(jī)的自動駕駛儀,修正了原有的自動駕駛儀,并進(jìn)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(jié)果后,可以看出考慮氣動耦合影響的系統(tǒng)在鄰機(jī)飛行狀態(tài)發(fā)生改變的情況下,系統(tǒng)響應(yīng)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(yīng)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(wù)為背景,建立了長僚機(jī)雙機(jī)編隊系統(tǒng)的模糊控制系統(tǒng),對僚機(jī)的速度、高度和偏航角通道進(jìn)行控制,仿真結(jié)果顯示,此模糊控制系統(tǒng)能達(dá)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(yīng)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(chǔ),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(yīng)控制問題。當(dāng)編隊飛行系統(tǒng)模型未知時,將隊列中飛機(jī)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(shè)計自適應(yīng)估計律和自適應(yīng)控制器,仿真結(jié)果顯示,在模型未知的情況下,自主編隊飛行系統(tǒng)達(dá)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(jié)構(gòu)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(shè)計了編隊飛行滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。只需知道相鄰一架飛機(jī)的飛行狀態(tài)的情況下,滑模控制器可

6、對編隊隊列中任意一架飛機(jī)進(jìn)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(shè)計了一種基于自適應(yīng)估計的滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng),仿真結(jié)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(jī)做機(jī)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(jìn)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(jìn)行了詳細(xì)研究討論,仿真效果顯示出各種控制方法