飞翼无人机机动飞行非线性鲁棒自适应控制
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〇 引 言
随着控制技术的进步， 无人机系统已成为各国军事和 民 用 领 域 的 常 用 装 备 。无 人 机 性 能 的 提 升 和 使 用 环 境 的 复 杂 多 样 使 得 无 人 机 的 任 务 需 求 不 断 扩 展 。其 中 ， 机动飞行 能力是无人机任务多样性的重要保障， 正逐渐成为无人机 的 一 项 基 本 性 能 要 求 [H ] 。在 军 事 领 域 ， 具有机动飞行能力 的无人机可以规避敌方地面防空武器的打击， 从而提高战
( S chool o f A u t o m a t i o n
,
N a n i n g
University
o f
Aeronautics
a n d
Astronautics ,
N a n j i n g
2 1 1 1 0 6
,
C h i n a )
Abstract： As an important guarantee for the expansion of the unmanned aerial vehicle (U A V ) m ission, the maneuver flight capability has been w idely paid attention to by many countries. According to the characteristics of flying wing U AV lack of manipulate a b ility , strong nonlinearity and coupling, a control scheme is presented that the inner loop uses linearization decoupling methods to eliminate the known negative coupling, the outer loop uses backstepping methods for trajectory tracking control, and the particle swarm optimization compensator is used to compensate the disturbance and the non-modeling coupling term and to ensure that the system has the ability to adapt to various disturbances. The stability of the control structure is proved. Compared with the tra ditional backstepping control methods the controller increases the inner loop decoupling structure. Different from the traditional dynamic inverse decoupling control methods this paper retains the aerodynamic damping term in the control structure， which makes the linearization of the system a weak nonlinear system. The structure not only can reduce the conservatism of the outer loop controller design, but also is convenient for engineering reali zation. Simulation results show that the proposed control scheme is effective. Keywords： maneuvering flig h t ；control structure ；input/output linearization ；backstepping control ；parti cle swarm optimization compensator
第 39卷 第 9 期
系统工程与电子技术
20 17 年 9 月
文章编号： 1001-506X(2017)09-2058-10
Systems Engineering and Electronics
Vol. 39 No. 9 September 2017
网址： www. sys-ele. com
飞翼无人机机动飞行非线性鲁棒自适应控制
李 继 广 ，陈 欣 ，王 鑫 ，张 榕
( 南 京 航 空 航 天 大 学 自 动 化 学 院 ，江 苏 南 京 211106)
摘 要 ： 机动飞行能力作为无人机任务扩展的重要保证， 受 到 各 国 的 普 遍 重 视 。针 对 飞 翼 布 局 无 人 操 级 能 力 不足、 非线性和耦合性强的特点， 提 出 一 种 非 线 性 自 适 应 控 制 方 法 。在 所 提 的 控 制 结 构 中 ， 内环线性化解耦消除 已知不利的耦合项， 外环反步跟踪方法进行航迹跟踪， 并采用粒子群补偿器补偿各种扰动和不可建模的耦合项， 保证系统对各种扰动的自适应能力， 且证明了该控制结构的稳定性。同传统反步控制方法相比， 所提控制器增加 了 内 环 解 耦 结 构 。不 同 于 传 统 的 动 态 逆 解 耦 控 制 方 法 ， 本文在控制结构中保留气动阻尼项， 使得线性化后的系统 为 弱 非 线 性 系 统 。该 结 构 不 仅 可 以 降 低 外 环 控 制 器 设 计 的 保 守 性 ， 而 且 便 于 工 程 实 现 。仿 真 结 果 显 示 ， 该控制方 案是有效的。 关 键 词 ：机 动 飞 行 ； 控 制 结 构 ；输 入 / 输 出 线 性 化 ； 反 步 控 制 ；粒 子 群 补 偿 器 中 图 分 类 号 ： V 249 文献标志码： A
DOI： 10. 3969/j. issn. 1001-506X. 2017. 09. 20
Nonlinear robust adaptive control of flying wing UAV maneuvering flight
LI Jiguang, CHEN Xin, WANG Xin, ZHANG Rong
