基于路径跟踪的平流层飞艇柔性编队控制（

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1、基于路径跟踪的平流层飞艇柔性编队控制*收稿日期：2017-07-01基金项目：国家自然科学基金资助项目（11102229）作者简介：杨希祥（1982－），男，河北阜城人，副教授，博士，博士后，硕士生导师，E-mail：nkyangxixiang@163.com杨希祥1,2，张家实1（1.国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073;2.湖北航天技术研究院总体设计所，湖北武汉430034）摘要：研究基于路径跟踪的平流层飞艇柔性编队控制方法。建立平流层飞艇驻空阶段动力学模型，在定高飞行前提下，采用小扰动方法对动力学方程进行线性化；提出基于路径跟踪的平流层飞艇柔性领航

2、-跟随编队控制方法，领航者和跟随者通过速度控制与航向控制，分别跟踪保持特定距离的参考路径，实现编队的柔性控制。以基于直线路径跟踪和基于圆路径跟踪的三平流层飞艇编队控制为例，对提出的柔性编队控制方法进行仿真验证。仿真结果表明，提出的路径跟踪方法控制精度高，提出的柔性编队控制方法，可以实现编队稳定运行，避免编队成员碰撞现象。关键词：平流层飞艇；柔性编队控制；路径跟踪；领航-跟随方法中图分类号：V429文献标志码：A　　　文章编号：FlexibleformationcontrolofstratosphericairshipsbasedonpathfollowingYANGXi

3、-xiang1,2,ZHANGJia-shi1(1.CollegeofAerospaceScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China;2.InstituteofOverallDesign,HubeiAcademyofspaceflighttechnology,Wuhan430034,China)Abstract:Flexibleformationcontrolmethodforstratosphericairshipsbasedonpathfollowin

4、gisresearched.Dynamicsmodelsofthestratosphericairshipduringfloatingwereestablished,themodelwerelinearizedusinglinearperturbationthoorybasedontheassumptionthattheflightaltitudeisconstant.Flexibleleader-followerformationcontrolmethodforforstratosphericairshipsbasedonpathfollowingisproposed

5、,inwhichtheleaderandfollowerstrackthereferencetrajectoryrespectivelythroughvelocityandheadingcontrol.Linearformationandcircularcontrolofthreestratosphericairshipsweresimulatedandsimulationresultsshowthat,controlaccuracyofthepathfollowingmethodishigh,theformationcanoperatestablely,andcoll

6、isionamongairshipscanbeavoided.Keywords:stratosphericairship;flexibleformationcontrol;pathfollowing;leader-followermethod6平流层飞艇工作在20千米高度附近的平流层下部，是可控飞行的轻于空气的飞行器，具有驻空时间久、时空分辨率高、覆盖范围大、使用效费比高等特点，在对地观测、通信中继、移动互联网等领域应用潜力巨大。近20年来，美、日、欧、中等多个国家和地区纷纷投入巨资开展研发工作[1-2]。从当前平流层飞艇应用研究的成果来看，多艇编队协同工作将是平流层飞

7、艇部署使用的主要形式。通过多艇编队协同工作，平流层飞艇系统执行任务的多样性得以拓展，工作性能得到提升，系统鲁棒性得到增强。编队控制是平流层飞艇编队有效完成任务必须解决的关键问题。鉴于平流层飞艇目前尚处于技术攻关与演示验证阶段，国内外研究平流层飞艇编队控制的文献几近空白，仅有极少数文献研究了与平流层飞艇具有部分相似特征的平流层气球编队控制问题。美国GlobalAerospaceCorporation公司为NASA设计了包含数百个超压气球的大规模全球平流层科学平台编队，用于地球科学研究，但仅提出了编队构形控制的基本策略和拟采用的基本算法[3]