第5期 朱杰斌，等：无人机编队飞行的分布式控制策略与控制器设计 397. y:三通道控制完成对编队中僚机三方面的控制，其中 5.1.2高度控制器的仿真结果分析 前向距离与侧向距离可以通过对V,与平，的控制达 高度控制器的仿真结果：此时断开内环俯仰保 到编队保持与变换目的.其控制律的形式为 持对升降舵的控制，同时打开速度保持器，保持速度 Vw=K(1-xw）, 不变 平m.=(y-y）+(y-ym)db. 飞机的平飞条件同上，在时间为1s处接收一个 阶跃输人△H=6m.仿真结果见图8. 式中：下标I表示长机，下标W表示僚机.高度的控 20 制可以直接由下层的高度保持控制器实现，无需单 10 独设计控制律形式 6 5仿真分析与性能评价 t/s 。 80 60 5.1基于DC的仿真结果分析 DC工具箱即飞行动力学与控制工具箱.它是 20 由来自Delh大学的Marc Rauw应用Simulink编写 0 6 t/s 的开放的针对于飞行动力学研究的专用工具箱2 利用Matlab/DC,在以下假设条件下进行仿真： 一期望相对高度 实际响应高度变化 1)空速V=15m/s,迎角=5.1853°，高度 H=30. 4 6 8 10 t/s 2)仿真时间108. 图8高度控制器的仿真结果 以下仿真试验均在以上的假设条件下进行 Fig.8 Simulation results of height controller 5.1.1遠度控制器的仿真结果分析 从仿真结果可以看出，UAV需要上升6m时， 仿真输人：在时间为3s的时候接收到一个 飞机俯仰角短暂迅速达到60°左右，然后又迅速低 △V=5m/s阶跃输人 头回到原始俯仰角，飞机的速度也迅速提高，在 30 实际飞行 20 1.5s内迅速恢复到原始速度，从而使得UAV在2s 10 一实际响应速度变化 内达到期望高度。 0 一期望相对速度 -16 6 0 5.1.3横航向控制器的仿真结果分析 t/s 采用的转弯策略是：通过转动副翼，使得UAV 附仰角变化一俯仰角 滚转，并启动航向误差消除控制器，调整方向舵，消 0 除侧滑.飞机的初始平飞条件同上，在0时刻接收到一 4 4 6 10 个偏航角为10的阶跃输入仿真结果见图9~10. t/s 三0.03 2.55 0.02 1.70 0.0 y 0.85 0 4 6 10 -0.85 t/s t/s 图7速度控制器的仿真结果 6 Fig.7 Simulation results of velocity controller 0 从图7中可以看出，UAV很好地跟踪了指令信 -2 6 10 t/s 号，在28之内便已经能够无误差的跟踪.同时在保 1.5 证速度跟踪到位的时候，由于要保证定高加速，俯仰 1.0 0.5 实际偏航角响应 角也从原有的俯仰角减小到1.5°左右.并且从高度 期望偏航角 变化图中，也可以看到UAV从速度15m/8增加到 -0.5 2 4 6 810 t/s 20m/s的过程中，高度仅仅短暂上升了3cm后又迅 速收敛回到原有的高度，达到了定高增速的目的： 图9横航向控制器的仿真结果 Fig.9 Simulation results of lateral autopilot