小型飞翼无人机精准航迹控制

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随着无人机在民用和军事领域重要性的日益凸显,无人机技术的发展引起了世界各国的重视。飞翼无人机由于特殊的无尾式翼身融合(BWB)气动布局,具备常规布局无人机无法比拟的机动优势。通常,无人机需要自主完成飞行任务,而航迹控制正是无人机自主性能的重要体现。针对于此,本文对飞翼无人机的航迹跟踪控制进行了探索研究。首先,为了方便飞翼无人机的数学表达,建立了完整的坐标系体系,对飞翼无人机在各个坐标系下的动力学及运动学特性进行了建模分析,推导总结了完整的六自由度非线性数学模型,并基于小扰动原理,分别推导了横纵向分通道的线性化状态空间方程,为后续研究工作奠定了基础;然后,在无人机数学模型的基础上,采用经典PID控制理论,使用连续闭环回路架构,以“先内后外”的设计思想,对飞翼无人机的横纵向通道进行了详细的分通道控制律设计,形成了以姿态控制为内环回路、以航迹控制为外环回路的控制架构。针对不同通道的仿真分析,验证了所设控制回路的有效性。最后,基于矢量场制导方法,设计分析了飞翼无人机面对直线期望航迹、圆形期望航迹时的跟踪策略,实现了风干扰下的精确航迹跟踪。设计直线—圆形复合航迹制导律时,使用了一种以空间半平面为切换条件的航路点切换跟踪方法,以更平滑的弧形航迹实现了不同航迹间的过渡。通过仿真分析,验证了该方法下,飞翼无人机面对不同航迹的跟踪情况。
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