无人机飞控设计与协同打击地面移动目标仿真研究

摘要

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。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 无人机的数学模型与仿真

2.1 无人机的数学模型

2.2 无人机的六自由度方程

2.3 无人机的非线性仿真模型的搭建

2.4 无人机数学模型线性化

2.5 本章小结

第3章 无人机的飞控设计

3.1 飞控系统的基本设计方法和思路

3.2 无人机的姿态控制系统

3.3 无人机的轨迹控制系统

3.4 本章小结

第4章 协同控制的Lyapunov函数方法

4.1 协同控制Lyapunov函数方法

4.2 地面移动目标的协同打击

4.3 仿真及分析

4.4 本章小结

第5章 多无人机协同打击地面移动目标仿真

5.1 任务想定

5.2 控制策略

5.3 仿真及结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢