谢志刚,陈自力

(军械工程学院光学与电子工程系,河北石家庄 050003)

0 引言

翼伞飞行运动本身具有复杂性、不确定性、非线性和时变等特点,可实施的控制作用非常有限,拉拽和释放伞衣后缘的操纵绳可改变伞衣的气动外形,从而改变翼伞所受气动力,实现翼伞的滑翔、转弯和雀降控制[1-2]。同时,翼伞系统结构有刚柔结合、柔性连接和少对称面的特点,其动力学模型较其他刚体常规飞行器有很大的不同[3]。目前,针对翼伞的飞行控制主要以PID控制和模型预测控制为主[4-6]。模型预测控制(MPC)能够利用滚动优化并通过反馈校正使系统具有更好飞行品质和控制精度[7-8]。非线性动态逆(NDI)应用数学工具直接研究非线性问题,不依赖于非线性系统运动的求解和稳定性分析,因而具有一定的普遍性,并且在有人机上已经成功应用[9]。

由于翼伞系统独特的飞行特性,输入控制非常有限,输入控制数小于系统输出数,动态逆算法并不能完全适用于翼伞系统,同时,动态逆算法对模型精度要求比较高,适应能力不强。本文针对无人动力伞的飞行特性,提出了基于预测控制和非线性动态逆的飞行控制算法。

1 非线性动态逆控制律

1.1 翼伞九自由度非线性模型

翼伞系统的9自由度模型涉及三个自由度的质心运动xcyczc和六个自由度的翼伞与负载间的相对运动(φPθPψPφLθLψL)。翼伞系统坐标系定义如图 1 所示。文献[10]给出了翼伞系统9自由度运动方程:

图1 翼伞系统坐标系示意图Fig.1 Diagram of UPPcoordinate

翼伞的角……