第3期 秦世引，等：小型无人机编队飞行的控制律设计与仿真 .221. 续表2 在垂直面上，垂直距离误差为九，可由式(16)求得： 气动导数名称 取值 气动导数名称取值 h。=-g-h。,h。=Va-Vwr (16) CMPA CMPR -0.076 3 编队控制律设计 Cm -0.126 C -0.066 Cor 0.123 CyA 0.028 在实际飞行过程中，由于无人机的各姿态角的 Cy 0.158 Gxe -1.009 变化要远远快于航迹变化，整个飞机动态呈现出一 A -13.805 CMp部 -1.460 种典型的双时间尺度特性.因此，控制系统可以按双 Cte 4.765 Ci 8.556 环路（内环和外环）模式设计.用内环控制器控制姿 CIE 态角；外环控制器将以内环控制为基础，进行航迹的 -0.414 控制，以保持期望的编队飞行[3 2长-僚机编队问题的几何关系 3.1前向距离控制律 前向距离控制的目标是使前向距离误差。最 三维编队飞行控制问题可以简化分解为水平面 小，前向距离控制的逻辑关系为：油门输入→推力→ 和垂直面2个相互独立的航迹控制问题.现将其基 前向速度→前向距离。 本几何关系简述如下，其中各个符号所对应的物理 当无人机在平直匀速飞行状态下，2个一阶线 意义如表1所述. 性模型的串联可以表示无人机前向模型，如式(17) 所示.第1个模型代表了发动机的传递函数，可以根 据发动机实验数据得出，表示推力对于油门的响应； 第2个模型表示前向速度对于推力的响应。 Gov(s)=Gor(s)Grv(s)= K Ky 0.5 1 1+7‘1+r=1+5`0.37+105= 徐机期望位置 0.5 10s2+10.375+0.37 (17) 根据无人机前向模型，所设计的前向距离控制 贷机 律为 1 δm=δm-Kf。-Kf。 (18) 图2水平面的几何描述 式中：δm为僚机油门输人命令；δm为长机油门输入 Fig.2 Formation geometry in level plane 命令，它由通信系统传输到僚机的控制系统中， 如图2所示，在水平面上，可以求出前向距离误 差f和侧向距离误差L,分别为1) 利用经典控制理论的根轨迹法，可以确定 式(18)中参数值为 K.=5.23,K,=0.65. 无-，m-）+-l-6, 3.2侧向距离控制律 1=,-）%-2-.（14) 侧向距离控制的目标是使侧向距离误差。最 小，侧向距离控制的逻辑关系为：副翼→滚转角速 度→滚转角→侧向速度→侧向距离。 式中：V=√+，为长机速度在水平面上的投 通过改变方向舵可以增大荷兰滚阻尼，从而增 影.因此，、。对于时间的导数∫。、l.可由式(15)求 大飞机的侧向稳定性.副翼、方向舵、升降舵等执行 得： 机构都可由一阶线性模型表示为 .von Vayn t Vovnlxu G (s)=Gan(s)=Gor(s)=1+0.05s 1 i=-y,+ 对做水平协调转弯的无人机而言，飞机水平运 (15) 动的分力来自于飞机滚转导致升力产生的水平分