李春涛， 范淑娜

(南京航空航天大学自动化学院，南京 210016)

0 引言

小型无人机凭借其操作容易、经济实惠、维护方便等特点，受到越来越多人的青睐，近来对小型无人机飞行控制的研究也更加广泛。由于多数小型无人机存在一类似的特点:绕X轴的转动惯量较小，副翼的舵效高，受到扰动后滚转角速率变化非常快，使得其横侧向控制成为飞行控制的难点［1－2］。由于无人机存在这样的特性，使得常规的以滚转角为主要反馈信号、滚转角速率用来增加滚转阻尼的横侧向控制器很难满足设计要求。为解决这一问题，文献［1］采用了动态逆和H∞相结合的方法，设计了滚转角控制器，该控制器具有较强的鲁棒性，但是对模型精度的要求较高，具有一定的局限性，而且反馈线性化的过程相当繁琐，不利于工程上的应用。文献［2］采用神经网络的方法实现小型无人机横侧向航迹跟踪，但在设计过程中，使用多种类型的无人机状态反馈信号，限制了其在工程中的应用。本文在经典PID控制的基础上，利用鲁棒伺服LQR的方法，设计了一种以滚转角速率为内回路的小型无人机横侧向控制律。仿真研究结果表明，基于滚转角速率的控制律能很好地抑制各种干扰的影响，满足样例无人机横侧向控制的要求。

1 问题提出

由动力学方程和运动学方程［3］构成的无人机非线性数学模型，其状态空间描述式为

式中:t为时间;x为状态;u为控制输入;y为输出。状态量 x=［φ，θ，ψ，P，Q，R，U，V，W，Xe，Ye，Ze］T，分别为滚转角、俯仰角、航迹角、滚转角速率、俯仰角速率、偏航角速率、机体坐标轴上的速度分量、纵向位移、侧向位移、高度;控制量 u=［δe，δa，δr，δT］T，分别为升降舵偏角、副翼偏角、方向舵偏角、发动机油门开度。……