积分向量场方法用于固定翼无人机曲线路径跟踪

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1、积分向量场方法用于固定翼无人机曲线路径跟踪*收稿日期：2016-11-30基金项目：国家自然科学基金资助项目（61403406）；国家973计划资助项目作者简介：赵述龙（1987－），男，甘肃金昌人，博士研究生，E-mail：jaymaths@nudt.edu.cn；王祥科（通信作者），男，副教授，博士，硕士生导师，E-mail：xkwang@nudt.edu.cn赵述龙1，王祥科1，张代兵1，沈林成1（1.国防科学技术大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073）摘要：常规的向量场(VectorField,VF)方法在处理无人机曲线路径跟踪问题时很容易受非定常风扰影响

2、而使得跟踪误差增加，因此很多方法采用无人机的惯性坐标系表示（地速和方位角）替代机体坐标系表示（空速和偏航角）的方式来提高抗风性能。但是，这种方式只能处理大小和方向均恒定的风扰，这在实际飞行中是过于理想的假设。为了克服这些不足，提出了一种采用侧偏距的积分来主动抵消非定常风扰的积分向量场方法用于固定翼无人机曲线路径跟踪控制。根据期望路径的曲率及路径角，结合无人机自身的状态信息设计了曲线路径跟踪策略，并且使用李雅普诺夫理论证明了提出的方法能够确保闭环系统的全局渐进稳定。最后，使用高性能半实物仿真系统验证了提出方法的抗风跟踪性能。关键词：固定翼无人机；路径跟踪；积分向量场；非定常

3、风扰中图分类号：V249.4文献标志码：A文章编号：CurvedPathFollowingControlforFixed-wingUnmannedAerialVehiclesUsingIntegralVectorFieldZHAOShulong1,WANGXiangke1,ZHANGDaibing1,SHENLincheng1(1.CollegeofMechatronicsandAutomation,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Anewintegralvectorf

4、ield(VF)pathfollowingmethodisproposed,whichutilizesanintegralactiontocounteractthewinddisturbanceswithtime-varyingspeedsandfixeddirectionsintwo-dimensionalplane.TraditionalVFguidancelogicalissusceptibletowinddisturbancesandground-referencedmeasurementsareemployedtoimprovetheperformanceofw

5、inddisturbancesrejection.However,theUAVcontrolledusingground-referencedmeasurementsisnotofusetotime-varyingwinddisturbances.Toovercomethisdrawback,anintegralactionisaddedtocounteractthetime-varyingandboundedwinddisturbancesandthedesiredpathincludingstraightlines,circularorbitsandB-splinec

6、urvesisconsidered.TheLyapunovtheoryisimplementedtoensuretheglobalasymptoticstabilityofthefixed-wingUAVspathfollowing.Ahigh-fidelitysemi-physicalexperimentenvironmentispresentedtoillustratetheeffectivenessandhightrackingperformancesoftheproposedcontrolstrategies.Keywords:fixed-wingUnmanned

7、AerialVehicles;pathfollowing;integralvectorfield;winddisturbance7固定翼无人机自主飞行时很依赖自身的自主导航系统[1]。尤其是在执行避障、跟踪和监视等任务时，需要严格按照预定的航线飞行[2]。由于空域的复杂未知和外部风场的干扰，如何有效补偿非定常风扰和保证无人机准确跟随预定航线是无人机自主导航系统的关键。目前已经有很多方法提出用于小型固定翼无人机的路径跟踪控制。文献[3]中指出，大体可以分为两类：几何方法和控制技术。1、几何方法主要利用无人机自身和期望路径之间的几