无人机飞控设计与协同打击地面移动目标仿真研究

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无人机的军用价值在上世纪80年代中东战争中初现端倪,并且在随后的海湾战争、南斯拉夫战争中进一步体现了其价值。世界各军事强国都加快了先进无人机的研制步伐,研究的方向由有人控制向自主控制,由单机控制向多机协同控制转变。无人机自主飞行控制的研究属于飞行控制技术的前沿问题,它是指无人机自主完成航路和任务的规划,且能在线感知形势,按确定的使命、原则在飞行中进行决策、控制,从而自主地执行任务。自主控制技术是无人机系统区别于有人机,实现无人操控和执行各种任务的关键。无人机协同控制技术是无人机自主控制的关键技术之一。尽管在协同控制领域的研究持续升温,一些关键问题仍然亟待解决。其中一个问题是在任务分配和低层级控制之间存在明显的脱节。对于那些包含高度精确和时间协调行动的协同或联合任务而言,其动力学并不能从规划和分配中解耦出来。鉴于规划的轨迹必须密切依赖与参与协同的载具的状态,除了运动学的“可飞行”轨迹之外,路径规划正在越来越依赖于准确的动力学模型的参与。本文以多无人机协同打击地面移动目标问题作为研究背景,首先建立无人机和低层级的飞行控制系统(能够完成姿态和航迹稳定与控制)模型;尔后利用协同控制Lyapunov函数(CCLF)方法将路径规划和反馈控制联合起来,按照给定的约束条件形成对目标持续的跟踪航迹,并且给低层级控制系统下达转弯速率控制指令。这种方法也将产生一个用于更高级别的分配算法的团队度量,形成任务分配——路径规划——飞行控制三个控制任务层级的有机整合;最后,通过协同打击地面移动目标的仿真实例,通过分析实验结果,印证了该方法的可行性,同时对进一步改进该方法提出建议。
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