Abstract

Aiming at the high-speed flight of the UAVs cooperative formation, when a single UAV has occurred, need to exit the formation flight and be close or super close to form of the formation quickly. A fast close cooperative formation controller design method is proposed to make up for low the fighting robustness, and be shortcomings of timeliness poorly and analyze the dynamic characteristic of UAV formation flight. Taking the external factors known into consideration, setting up for the longitude maneuver of nonlinear thrust vector and unsteady aerodynamic model, according to the formation velocity, flat tail rudder angle and thrust vector and pitch angle velocity for corresponding input commend signals for the controller to research the dynamic characteristic of UAV formation flight. Meanwhile, the formation flight distance error is the convergence to a fixed value, and the stability of the cooperative formation flight is good. The simulation of results show that the controller can effectively improve the speed of the close or super close to formation, and maintain the stability of the formation flight, which provides a method of the close or super close formation flight controller design.

Highlights

  • 摘 要:针对高速飞行的无人机协同编队,机群中单机出现故障,需退出编队飞行,同时需快速近距或 超近距重新编队问题。 提出了一种快速近距协同编队控制器设计方法,弥补了突发“战事”鲁棒性低, 时效性差的不足并对无人机编队飞行动态特性进行了分析。 考虑到外界因素已知情形下,建立适合 无人机纵向动力学模型和非定常气动力模型,根据编队速度、平尾偏角、推力矢量舵偏角及俯仰角速 度作为控制器输入指令信号,研究编队飞行的动态特性。 同时分析编队飞行间距误差收敛于很小固 定值,协同飞行稳定性良好。 仿真结果表明:该控制器能够有效提高近距或超近距重新编队的速度, 而且能够保持协同编队飞行的稳定性,为高速近距无人机协同编队控制器设计提供一种思路。

  • [3] 樊琼剑, 杨忠, 冯茂岩. 一种基于双环控制的多无人机紧密编队飞行[ C] ∥2008 年航空宇航科学与技术全国博士生学 术论坛, 2008 Fan Qiongjian, Yang Zhong, Feng Maoyan, et al A Multi⁃UAV Dased on Dual⁃Loop Control[ C] ∥Nation Ph D Academic Fo⁃ rum, 2008

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Summary

Introduction

摘 要:针对高速飞行的无人机协同编队,机群中单机出现故障,需退出编队飞行,同时需快速近距或 超近距重新编队问题。 提出了一种快速近距协同编队控制器设计方法,弥补了突发“战事”鲁棒性低, 时效性差的不足并对无人机编队飞行动态特性进行了分析。 考虑到外界因素已知情形下,建立适合 无人机纵向动力学模型和非定常气动力模型,根据编队速度、平尾偏角、推力矢量舵偏角及俯仰角速 度作为控制器输入指令信号,研究编队飞行的动态特性。 同时分析编队飞行间距误差收敛于很小固 定值,协同飞行稳定性良好。 仿真结果表明:该控制器能够有效提高近距或超近距重新编队的速度, 而且能够保持协同编队飞行的稳定性,为高速近距无人机协同编队控制器设计提供一种思路。 假设 在执行一次作战任务中,由 n( n > 1) 架 无人组成的编队分别从不同的机场起飞,前往指定 区域执行作战任务。 在任务执行之前,需要考虑敌 方的综合实力,如防空系统,对地攻击系统,拦截战 术弹道和巡航导弹的能力,禁飞区以及无人机自身 约束性能等,这些是我方作为出动兵力进行精确打 击的参考。 为了提升打击行动的成功率,我方无人 机编队势必要求相互配合,相互协同,而且集群间通 过数据链共享信息,进行统一决策,协同分工,保持 “长机-僚机” 之间的距离,尽可能按比例缩减无人 机之间的相对位置和速度。 这对无人机在复杂战场 环境中安全高效、快速准确执行作战任务是至关重 要的。 该无人机长约 5 m,翼展宽约 2 m,起飞重量约 30 kg,包括航电系统设备,PC⁃104 飞行计算机,传感 器,定位接收器,数据交换器等。 该无人机使用涡轮 发动机,提供最大起飞重量 250 N,巡航速度大约为 42 m / s,大迎角失速临界值为 30 m / s,最大燃油量为 10 L,最大巡航时间为 20 min。 按“ 长机 -僚机” 编 队飞行[20] 。 无人机协同编队几何模型如图 2 所示: 图 2 无人机协同编队几何模型 0 0 ú· ûúú éêVùú éê20.168 ùú êαú ëêêêqθ ú ûúú ê0.554 ú ëêêê0-

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