·276· 智能系统学报 第11卷 WC网 Simulink ka[0.(t)-28.(t-2)+0.(t-1)]+0cr(t-1) 初始化 初始化 (5) 对于横向偏差采用位置式PD,其中kpk.ka分 自驾仪 别为横向偏差调节的比例、积分、微分系数，公式为 环境设置 FlightGear 初始化 0-.（)=kpx()）+k∑x.()d业+ 控制模块 0i=0 航向角 府仰 环境设置 高度 kd[x.(t)-x.(t-1)] (6) 角 速度 速度 将长僚机航向偏差经过PD后计算的速度量 显示模块 飞机模块 ωc--r与横向偏差经过PID后计算的速度量wc-.线 图6系统仿真流程图 性组合，最终得到速度控制量ωc为 Fig.6 Simulation flow chart of the system c()=0cr(t）+0e-.() (7) 3基于PD的编队飞行控制 由于无人机飞行滚转角受限，故输入的滚转角 系统采用了经典的PD控制进行编队队形控 要设定在一定范围之内。 制，编队采用长僚模式飞行，由于长机采用航迹跟踪 [30, wc(t)>30 控制，故编队队形协同控制主要是对僚机控制，分为 wc(t)= -30. ωc(t)<-30 (8) 速度通道、航向通道、高度通道，分别对应为速度控 wc(t), 其他 制量、滚转角控制量和俯仰角控制量，并且将各个通 3)高度通道（俯仰）：对于高度偏差采用增量式 道强制解耦，即每个通道不存在相互影响。 PID,其中k,k:ka分别为长僚机高度偏差调节的比 1)速度通道（速度）：对于长僚机速度偏差采用 例、积分、微分系数，计算公式为 增量式PID,其中kmk:k.分别为长僚机速度偏差 调节的比例、积分、微分系数，计算公式为 中c(t)=kp【z(t)-z.(t-1)门+ka](t)dh+ Vohr(t)=k [v.(t)-v(t-1)]+kv(t)dt+ ka[z.(t)-2z.(t-2)+z.(t-1)]+ψc(t-1) (9) kd[u.()-2.(t-2)+.(t-1)]+Vcr(t-1) 由于无人机飞行俯仰受限，故输入的俯仰要设 (1) 定在无人机的俯仰范围之内。 对于纵向偏差采用位置式PID,其中kpkk 7, ψc(t)>7 分别为纵向偏差的比例、积分、微分系数，公式为 ψc(t)= -5, ψc(t)<-5 0=0+6j发(0+ (10) ψc(t), 其他 0i=0 kd[y.(t)-y.(t-1)] (2)4 无人机编队和空战可视化效果 式中：Vc、Vc-.Vc分别将长僚机速度偏差经过 PID后计算的速度量、纵向偏差经过PD后计算的速 4.1 系统性能测试 度量、最终得到速度控制量。经过线性组合得 为了验证混合编队可视化系统飞行数据的实时 Ve(t)=Vee(t)+V.(t) (3) 性，进行了56次的功能测试，测试平台如表1。 由于无人机Simulink模型输入的空速受限，故 表1本系统测试结果 输人入的速度要设定在一定的范围之内。 Table 1 Test results of system test 280, V(t)>280 参数 值 Vc(t)=100, Ve(t)<100 (4) 平均仿真时间 58'12" Ve(t), 其他 平均飞行数据 143.27M 2)航向通道（滚转）：对于长僚机航向偏差采用 仿真数据刷新率 13帧/s 增量式PID,其中kpka、kd分别为长僚机航向偏差 VR帧数 7帧/s 调节的比例、积分、微分系数，计算公式为 系统资源占用度 Cpu26%内存：24M 平均重绘图线 68幅 0cr(t)=kp[0.(t)-0.(t-1)]+ka9.(t)d+ 0图 ６ 系统仿真流程图 Ｆｉｇ．６ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ３ 基于 ＰＩＤ 的编队飞行控制 系统采用了经典的 ＰＩＤ 控制进行编队队形控 制，编队采用长僚模式飞行，由于长机采用航迹跟踪 控制，故编队队形协同控制主要是对僚机控制，分为 速度通道、航向通道、高度通道，分别对应为速度控 制量、滚转角控制量和俯仰角控制量，并且将各个通 道强制解耦，即每个通道不存在相互影响。 １）速度通道（速度）：对于长僚机速度偏差采用 增量式 ＰＩＤ，其中 ｋｖｐ、ｋｖｉ、ｋｖｄ 分别为长僚机速度偏差 调节的比例、积分、微分系数，计算公式为 ＶＣ＿Ｌ＿Ｆ（ｔ） ＝ ｋｖｐ ｖｅ（ｔ） － ｖ [ ｅ（ｔ － １） ] ＋ ｋｖｉ ∫ ｔ ０ ｖｅ（ｔ）ｄｔ ＋ ｋｖｄ ｖｅ（ｔ） － ２ｖｅ（ｔ － ２） ＋ ｖ [ ｅ（ｔ － １） ] ＋ ＶＣ＿Ｌ＿Ｆ（ｔ － １） （１） 对于纵向偏差采用位置式 ＰＩＤ，其中 ｋｙｐ、ｋｙｉ、ｋｙｄ 分别为纵向偏差的比例、积分、微分系数，公式为 Ｖｅ－ｙｅ （ｔ） ＝ ｋｙｐ ｙｅ（ｔ） ＋ ｋｙｉ ∫ ｔ ０ ∑ ｉ ＝ ｔ ｉ ＝ ０ ｙｅ（ｉ）ｄｔ ＋ ｋｙｄ ｙｅ（ｔ） － ｙ [ ｅ（ｔ － １） ] （２） 式中： ＶＣ＿Ｌ＿Ｆ 、ＶＣ－ｙｅ 、ＶＣ 分别将长僚机速度偏差经过 ＰＩＤ 后计算的速度量、纵向偏差经过 ＰＩＤ 后计算的速 度量、最终得到速度控制量。 经过线性组合得 ＶＣ (ｔ) ＝ ＶＣ＿Ｌ＿Ｆ（ｔ） ＋ Ｖｃ－ｙｅ (ｔ) （３） 由于无人机 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 模型输入的空速受限，故 输入的速度要设定在一定的范围之内。 ＶＣ（ｔ） ＝ ２８０， ＶＣ（ｔ） ＞ ２８０ １００， ＶＣ（ｔ） ＜ １００ ＶＣ（ｔ）， 其他 ì î í ï ï ï ï （４） ２）航向通道（滚转）：对于长僚机航向偏差采用 增量式 ＰＩＤ，其中 ｋｗｐ、ｋｗｉ、ｋｗｄ 分别为长僚机航向偏差 调节的比例、积分、微分系数，计算公式为 ｗＣ＿Ｌ＿Ｆ（ｔ） ＝ ｋｗｐ θｅ（ｔ） － θ [ ｅ（ｔ － １） ] ＋ ｋｗｉ ∫ ｔ ０ θｅ（ｔ）ｄｔ ＋ ｋｗｄ θｅ（ｔ） － ２θｅ（ｔ － ２） ＋ θ [ ｅ（ｔ － １） ] ＋ ｗＣ＿Ｌ＿Ｆ（ｔ － １） （５） 对于横向偏差采用位置式 ＰＩＤ，其中 ｋｘｐ、ｋｘｉ、ｋｘｄ 分 别为横向偏差调节的比例、积分、微分系数，公式为 ｗｃ－ｘｅ (ｔ) ＝ ｋｘｐ ｘｅ (ｔ) ＋ ｋｘｉ ∫ ｔ ０ ∑ ｉ ＝ ｔ ｉ ＝ ０ ｘｅ (ｉ) ｄｔ ＋ ｋｘｄ ｘｅ (ｔ) － ｘｅ [ (ｔ － １) ] （６） 将长僚机航向偏差经过 ＰＩＤ 后计算的速度量 ωＣ－Ｌ－Ｆ 与横向偏差经过 ＰＩＤ 后计算的速度量 ωＣ－ｘｅ 线 性组合，最终得到速度控制量 ωＣ 为 ｗＣ (ｔ) ＝ ｗＣ＿Ｌ＿Ｆ（ｔ） ＋ ｗｃ－ｙｅ (ｔ) （７） 由于无人机飞行滚转角受限，故输入的滚转角 要设定在一定范围之内。 ωＣ（ｔ） ＝ ３０， ωＣ（ｔ） ＞ ３０ － ３０， ωＣ（ｔ） ＜ － ３０ ωＣ（ｔ）， 其他 ì î í ï ï ï ï （８） ３）高度通道（俯仰）：对于高度偏差采用增量式 ＰＩＤ，其中 ｋｚｐ、ｋｚｉ、ｋｚｄ 分别为长僚机高度偏差调节的比 例、积分、微分系数，计算公式为 ψＣ＿Ｌ＿Ｆ（ｔ） ＝ ｋｚｐ ｚｅ（ｔ） － ｚ [ ｅ（ｔ － １） ] ＋ ｋｚｉ ∫ ｔ ０ ｚｅ（ｔ）ｄｔ ＋ ｋｚｄ ｚｅ（ｔ） － ２ｚｅ（ｔ － ２） ＋ ｚ [ ｅ（ｔ － １） ] ＋ ψＣ（ｔ － １） （９） 由于无人机飞行俯仰受限，故输入的俯仰要设 定在无人机的俯仰范围之内。 ψＣ（ｔ） ＝ ７， ψＣ（ｔ） ＞ ７ － ５， ψＣ（ｔ） ＜ － ５ ψＣ（ｔ）， 其他 ì î í ï ï ï ï （１０） ４ 无人机编队和空战可视化效果 ４．１ 系统性能测试 为了验证混合编队可视化系统飞行数据的实时 性，进行了 ５６ 次的功能测试，测试平台如表 １。 表 １ 本系统测试结果 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｔｅｓｔ 参数 值 平均仿真时间 ５８′１２″ 平均飞行数据 １４３．２７ Ｍ 仿真数据刷新率 １３ 帧／ ｓ ＶＲ 帧数 ７ 帧／ ｓ 系统资源占用度 Ｃｐｕ２６％ 内存：２４ Ｍ 平均重绘图线 ６８ 幅 ·２７６· 智 能 系 统 学 报 第 １１ 卷