无人机纵向着舰中的应用研究

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1、第卷第期燕山大学学报年月文章编号：1007-791X(2010)03-0269-05TECS

2、H控制在无人机纵向着舰中的应用研究刘强，袁锁中（南京航空航天大学自动化学院，江苏南京）摘要：针对无人机纵向自动着舰，运用总能量控制（）的思想建立了无人机纵向自动着舰系统，设计了输出反馈控制器。为了实现对移动目标的跟踪，引入了一种新的着舰导引控制算法，通过对所设计的先锋无人机的纵向自动着舰导引系统仿真表明，通过升降舵和油门的协调控制，实现了速度和航迹的解耦控制，且该设计能满足着舰要求，能有效地抑制舰尾流干扰的影响，具有良好的鲁棒性能。关键词：自动着舰；无人机；控制；中图分类号：V249.12

3、2文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-791X.2010.03.018引言纵向着舰系统的建立舰载无人机回收是整个飞行中最困难的任务本文研究的是小型无人机的撞网回收。无人机之一。由于舰载无人机着舰环境十分恶劣，且甲板自动着舰撞网回收系统，不断的将舰上精确跟踪雷的空间有限，要保证舰载无人机准确安全着舰回达测得的飞机当前位置与网中心点的位置，通过数收，必须精确控制飞机的飞行轨迹，使无人机可以据链路传送到飞机，通过导引系统不断的纠正飞机最终安全着舰回收。总能量控制系统主要从飞机的航迹，保持无人机在回收网中心线所在的铅垂平的能量出发，将飞机推力和升降舵控制指令结合起

4、面内（无侧偏）并且航向始终指向回收网的中心。来，采用一体化的设计思想，实现对纵向航迹角和在飞机纠偏过程中，要求无人机的速度保持不变，切向加速度的解耦控制，提高了飞行性能。舰尾并具有抑制风干扰的能力。图为无人机纵向自动流扰动是造成着舰导引误差，影响安全着舰的主要着舰导引系统的结构图。该系统主要由部分组因素。控制理论是目前解决鲁棒控制问题比较成成：着舰导引系统、总能量结构、鲁棒控制功且比较完善的理论体系。它充分考虑了数学模型器、无人机增稳模型。的不确定性误差，并用解析的手段设计控制器，使由于无人机着舰撞网回收阶段的轨迹角为得系统对这一误差范围内的所有被控对象均能满左右，飞机的运动近似为

5、接近平飞且具有小的飞行足理想性能要求。本文在文献研究航迹角，飞机的总能量的变化率近似表达式为的基础上，采用总能量控制系统（）和理论相结合的方法设计了无人机纵向控制。（）系统，实现了对外部气流干扰的抑制和飞行性能的提高。由于着舰不同于着陆，在回收阶段，舰船是定义总能量的分配率为动能与势能的差值，一直向前运动的，为了实现对移动着舰点的跟踪，能量分配变化率可以表示为依据文献提出的着舰导引控制算法，设计了导引控制系统，实现了对舰船的实时跟踪，最终实。（）现无人机撞网回收。收稿日期：作者简介：刘强（），男，安徽宿州人，硕士研究生，主要研究方向为导航、制导与控制；通信作者：袁锁中（），江苏丹阳

6、人，男，副研究员，主要研究方向为导航、制导与控制，：。燕山大学学报图纵向着舰系统结构图本文中把作为总和能量控制系统的受控指令可以由外部的导航回路来提供。速度的输出，由无人机的纵向动力学方程，可以表示改变通常通过速度控制量和速度反馈量的偏差为无人机状态与受控输入的线性组合升降舵操纵按一定比例关系代替加速度控制量信号，即为能量分配通道的主操纵量。单纯系统会产生短周期俯仰模态的不良动态响应，因此，需要在。（）系统中引入俯仰角控制内回路以增加阻尼对抗由系统产生的俯仰角振荡。因此将着舰系统的设计的输入由升降舵转换为俯仰角控制，而俯仰姿态内回路可以单独设计。无人机着舰系统的设计包括导引系统设计

7、和鲁棒飞行控制器设计。着舰系统主要通过设计输出反馈控制器来控制俯仰角和油门，若仅考虑反馈，整导引系统的设计个系统为一个不可观的系统，因此增加了航迹角如图所示，舰船是始终前进的，从舰船上引和速度两个状态的反馈，但仅反馈两个信号至控出的理想轨迹也是不断移动的，在本文中，假设无制器，并不对这两个信号进行跟踪控制；内回路仍人机已经到达理想着舰回收轨迹的起始点，并且位以进行设计，航迹角和速度的跟踪通过设计外于回收网中心线所在的铅垂平面内，导引系统的主部控制器来实现。总和能量控制系统如图所示。要作用就是引导无人机始终沿着理想轨迹并跟踪舰船运动，最后实现安全着舰回收。假定无人机和舰船的位置为在地

8、理坐标系下测得的位置，且无人机初始位置为下滑轨迹起始点，无人机到着舰点的距离如下。图总能量控制系统结构图能量变化率和能量分配变化率的输入指令可以由速率变化率及飞行航迹角来定义。（）图无人机纵向着舰示意图第期刘强等控制在无人机纵向着舰中的应用研究以无人机的重心为坐标原点来建立一个新的置和期望位置之间的差值最小，即坐标系，用单位向量表示。表示｛｝。（）的轴，被定义为从无人机起始点指向回收网中心的单位向量。纵向着舰时，令，向量为在回经过一系列代数运算后，可以得到收网中心所在