魏 扬,徐浩军,薛 源

(空军工程大学航空工程学院,陕西 西安 710038)

0 引 言

无人机在编队飞行时,需要保持编队队形的稳定,以获得最佳的气动效益和作战效能。在长机做机动飞行(如爬升、转弯等常规机动动作)时,为了使僚机能够精确跟踪长机轨迹,并与长机保持期望的编队距离和飞行速度,使整个编队能够在外界干扰(紊流、风切变等)下始终稳定维持在一个固定的构型,需要设计队形保持控制器,以保持编队队形的稳定。

无人机的编队保持控制问题是目前的研究热点,国内外均开展了这方面的研究工作。目前研究较多的无人机编队策略主要有领航跟随法[1]、虚拟结构法[2-3]、行为分解法[4]。其中领航跟随法即“长-僚机”编队研究最多也最成熟。比例-积分-微分控制[5-6]、非线性动态逆控制[7-9]、鲁棒控制[10]、极值搜索[11]、非线性模型预测控制[12]等多种方法被应用到无人机编队保持控制中。但大多数文献仅局限于二维平面上的编队保持[13-19],然而在实际情况中,编队飞行发生在三维空间,只是考虑平面上的相对运动并不符合飞机的飞行实际,也不能满足更精确的需求。

针对无人机在三维空间上的编队保持研究的相对较少,且很少考虑设计控制器的抗扰动性能。文献[20]设计了比例积分的紧集编队队形保持控制器,但面对外界扰动时控制器的鲁棒性不强;文献[21]设计了近距编队的鲁棒自适应控制器;文献[22]采用滑模变结构控制方法设计了编队保持与变换控……