无人机编队飞行模型的建立与短时记忆控制

论文摘要

在未来战争中,基于无人机在制空权争夺中的重要地位,混合使用有人和无人的空中与地面系统,将是胜利的关键。本文选取无人机编队的自主飞行控制进行研究,对于加强我国军事实力,适应未来战争的需求,具有较高的理论意义和实用价值。根据无人机编队飞行模型的特点,确定被控量,建立飞行器本体坐标系和惯性坐标系,建立空间飞行器的动力学和相对运动方程,通过有效的合并和化简,得出长机在僚机本体坐标下的位置表达式;并形成了以参数xr、y r、hr表示的长机与僚机间的相对位置保持的控制系统模型目标。在此基础上对无人机的飞行控制律进行研究,对所建立的空间飞行器模型特征进行分析,得出实际飞行状态与理想编队飞行状态的误差动力学方程。引入短时记忆控制方法,用待定系数法确定短时记忆控制器的模型结构和参数,并合理考虑外界干扰,构建了逼近实际编队飞行环境的闭环系统控制模型。利用Matlab工具对飞行器编队飞行控制进行仿真,分析仿真曲线,验证了控制器的可行性;选择不同的采样周期,研究采样周期与状态误差的关系,印证了状态误差对采样周期的依赖关系;针对分析中发现的问题,对控制器进行了改进。仿真结果表明:控制效果更佳。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 本文的研究背景和意义
• 1.1.1 无人机的定义及特点
• 1.1.2 无人机的用途
• 1.1.3 无人机的发展趋势
• 1.1.4 加强无人机研究的意义
• 1.1.5 无人机编队飞行研究
• 1.2 相关技术国内外研究现状
• 1.2.1 自主飞行控制概述
• 1.2.2 任务规划研究现状概述
• 1.2.3 短时间记忆控制概述
• 1.3 本文探讨的关键技术及内容
• 1.4 本章小结
• 2 无人机编队飞行的模型建立
• 2.1 本体坐标系和惯性坐标系
• 2.2 本体坐标系和惯性坐标系的转换
• 2.2.1 柱面坐标系
• 2.2.2 球面坐标系
• 2.3 无人机的速度方程
• 2.4 无人机模型的建立
• 2.5 本章小结
• 3 短时间记忆控制
• 3.1 基于记忆控制的控制器基本结构
• 3.1.1 信息集合
• 3.1.2 基于记忆控制方案的结构
• 3.2 短时间记忆控制器设计
• 3.2.1 短时记忆控制的原理与优点
• 3.2.2 一阶记忆控制系统的设计
• 3.2.3 针对无人机编队飞行的记忆控制器设计
• 3.3 本章小结
• 4 Matlab 仿真及结果分析
• 4.1 Matlab 仿真
• 4.1.1 设定初始值
• 4.1.2 程序流程图
• 4.2 运行结果及分析
• 4.2.1 控制器的可行性验证分析
• 4.2.2 状态误差和采样周期的依赖关系分析
• 4.3 本章小结
• 5 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录