第4卷第3期 智能系统学报 Vol.4 No.3 2009年6月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Jn.2009 doi:10.3969/j.issn.16734785.2009.03.005 小型无人机编队飞行的控制律设计与仿真 秦世引，潘宇雄，苏善伟 (北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191) 摘要：针对一种小型无人机模型及其编队飞行的实际背景和限制条件，采用长-僚机(leader--wingman)编队模式，按 前向、侧向和垂直方向3个通道分别设计了僚机编队控制律，从而使三维编队问题得以简化.对于多机编队的情况， 应用基于长机模式(leader mode)和前机模式(：ont mode)的2种编队控制策略，并通过仿真实验和比较分析，证实了 长机模式的优越性.通过2架小型无人机编队队形保持和多架无人机在大机动飞行情况下的队形保持与队形变换 等一系列仿真实验，验证了提出的编队飞行控制律的可行性和有效性 关键词：无人机；编队飞行；编队控制律；队形保持；队形变换 中图分类号：TP273.1文献标识码：A文章编号：16734785(2009)030218-08 Design and simulation of formation flight control laws for small unmanned aerial vehicles QIN Shi-yin,PAN Yu-xiong,SU Shan-wei (School of Automation Science and Electrical Engineering,Beihang University,Beijing 100191,China) Abstract:Based on general conditions as well as those limiting formation flight for small unmanned aerial vehicles (UAV),formation control laws were designed and then validated through simulations.Using the principle of lead- er-wingman so as to reduce the design complexity of the 3-D formation flight controls,three types of control laws were designed,covering forward,lateral and vertical motion respectively.The corresponding implementation algo- rithms were then analyzed.In view of formation control for multi-UAVs,some detailed comparative studies of con- trol performance between leader mode and front mode were carried out.Simulation results showed that the former outperforms the latter.Simulation results of formation keeping for two small UAVs and multiple UAVs under highly maneuvered flight conditions proved the feasibility and effectiveness of the formation control laws. Keywords:unmanned aerial vehicle;formation flight;formation control law;formation keeping;formation chan- ging 无人机编队飞行是指多架无人机为适应任务要的距离来实现.如果采用长-僚机编队模式，则特定 求而进行的某种队形排列和任务分配的多机飞行组 对象即为长机（飞在最前面的飞机）2]；如果特定 织模式，其中包括编队飞行的队形产生、保持和变 点为编队几何中心，则应采用虚拟长机编队模 换，也包括飞行任务的规划和组织山.在军事侦察 式[).在实际应用中，由于长-僚机编队模式的简便 中，无人机编队飞行可以扩大侦察视野，提高作战命 性和实用性而被广泛采用，事实上，基于这种模式已 中率和任务成功率，具有单机飞行无法比拟的优点. 经设计出了多种形式的编队控制器，并给出了仿真 无人机编队飞行的基本要求是保持各飞机之间 验证结果5).近年来，在飞行验证方面也取得了一 所设定的相对姿态和相对位置，这可以结合编队模 些成果：2006年，西弗吉尼亚大学对其设计的编队 式，通过控制在队飞机相对于某一特定点（或对象） 控制器的性能进行了飞行测试，实现了2架小型无 人机的松散编队飞行]；2007年，宾夕法尼亚州立 收稿日期：200809-24. 基金项目：国防基础科研基金资助项目(D212006001),国家自然科 大学成功进行了2架小型无人机协同搜索、监视一 学基金重点资助项目(60736025)：国家自然科学基金资助 项目(60875072). 个感兴趣目标的飞行试验. 通信作者：潘宇雄.E-mal:twhpyx@163.com, 但是，在上述方法和试验中，只考虑了无人机编