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1、固定翼无人机定点飞行最优路径选择梁爽固定翼无人机定点飞行最优路径选择SelectionoftheOptimalPathforEstablishedFlightMissionofFixed-wingUAV梁爽(大连大学电子信息工程学院,辽宁大连116622)摘要:针对固定翼无人机路径规划复杂、航迹冗余、偏离度高等特点,通过建立三维空间空气动力学模型,标定预置坐标,根据常规气动布局下的空气动力学原理、PID算法、环境等因素对航迹网格点进行管理。采用改进的动态规划算法,对如何准确、快速地计算出连贯预定坐标
2、的最佳路径进行了研究。飞控计算机通过动态对比、状态预测算法,对路径进行实时对比、矫正、重新规划,使无人机能沿着贯穿预定坐标的最佳路径完成既定飞行任务。关键词:无人机固定翼航迹优化最优路径预定坐标空气动力学模型PID状态预测动态对比中图分类号:TH86;TP27文献标志码:ADOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201605004Abstract:Abstract:Forthefeaturesoffixed-wingUAV,e.g.,complexpathplanning
3、,redundantflighttrack,andhighdegreeofdeviation,throughsettinguptheaerodynamicsmodelofthree-dimensionalspace,calibratingthepresetcoordinates,andaccordingtothefactorsofaerodynamicprinciple,PIDalgorithm,andenvironmentunderconventionalaerodynamiclayout,the
4、flighttrackgridpointsaremanaged.Withtheimproveddynamicplanningalgorithm,themethodforaccuratelyandquicklycalculatingtheoptimalpathofcoherencepredeterminedcoordinatesisresearched.Thepathsarecompared,correctedandre-plannedinrealtimebyflightcontrolcomputer
5、throughdynamiccontrastandstatepredictionalgorithms,thustheUAVcanaccomplishtheestablishedflightmissionalongtheoptimalpathwithpredeterminedcoordinates.Keywords:Unmanned-aerial-vehicle(UAV)Fixed-wingFlighttrackoptimizationOptimalpathPredeterminedcoordinat
6、eAerodynamicmodelsPIDStatepredictionDynamiccontrast0引言1最佳路径选定无人机执行任务时,通常伴随着复杂的航迹变化。1.1无人机模型[3]能源限制使得滞空时间变得相对固定,最大限度地优无人机的空气动力学和运动学模型如图1所示。化航迹可以大幅度延长执行任务时间,所以无人机,尤其是小型无人机对于航迹的优化有着迫切的需求。随着传感器工艺的发展,传感器愈发趋于多元化、小型化、高精化,使得对无人机飞行时的位置、姿态信息能够精确掌握。同时中央处理器处理能力的提升
7、,也为无人机最优航迹的即时计算提供可能。飞行前,地面控制站给出空中预定坐标,并结合飞机的机动能力、空[1]气动力学模型计算最佳航迹。在飞行过程中,随着环境因素的改变,实际飞行路径或存在误差。通过动图1无人机模型态对比算法[2]、状态预测算法对无人机航迹进行实时Fig.1UAVmodel调整,可大幅度精简无人机飞行路径,延长执行任务éxùévcosφcosθùé00ù时间。yvcosφsinθ00zvsinφ00Fθ=ωcosφ+00[](1)Mφωsinφ00修改稿收到日期:2016-02-18。v
8、01/m0作者梁爽(1992-),女,现为大连大学电子信息工程专业在读本科生;主要从事自动控制、通信技术方向的研究。ëωûë0ûë01/Jû《自动化仪表》第37卷第5期2016年5月13固定翼无人机定点飞行最优路径选择梁爽式中:(x,y,z)为惯性坐标系下飞机的位置;θ为航向与软件仿真路径相重合,表明了本文建立的模型以及角;φ为俯仰角;v为速度;ω为角速度;m为质量;J为转路径跟踪算法的有效性。[4]动惯量;F为控制力;M为控制力矩。2硬件结构1.2路径描述飞机与下一
