基于Stateflow的无人机应急返航控制仿真

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1、第32卷第7期计算机仿真2015年7月文章编号：1006—9348(2015)07—0028—04基于Stateflow的无人机应急返航控制仿真邹宇翔，肖敏(三峡大学计算机与信息学院，湖北宜昌443002)摘要：小型固定翼无人机飞行过程中可能会出现GPS失效而导致无法顺利返航的情况，严重影响其自主性能。设计了一个应对无人机GPS失效的应急返航控制策略，通过使用Stateflow将其建模，对返航过程的三个阶段进行监控，并结合传统PID控制器，在Simulink环境下搭建了整个无人机应急返航系统模型，最后对整个模型进行仿真验证。这种基于Stateflow的返航控制模型相较于传统模型更加简洁直

2、观，控制过程响应快速，可以满足无人机应急返航过程实时性要求高的条件。仿真结果表明，所设计的控制策略可以有效地完成无人机GPS失效时的应急返航任务。关键词：无人机；应急返航；控制策略；仿真中图分类号：TP273文献标识码：BControlSimulationofUAVEmergencyReturnBasedonStateflowzouYu—xiang，XIA0Min(CoUegeofComputerandInformation，ChinaThreeGorgesUniversity，YichangHubei443002，China)ABSTRACT：Duringtheflightofsmal

3、lfixed-wingunmannedaerialvehicle(UAV)，thefailureofUAVreturncausedbytheGPSfailuremayoccur，whichmayweakenitsautomaticperformance．AcontrolstrategywasdesignedinthispaperfortheemergencyreturnofUAVinGPSfailurecondition．WesetupamodelbyusingStateflow，moni—toredthethreestagesofthereturnprocess，andcombined

4、withthetraditionalPIDcontroller，establishedtheentiremodeloftheUAVemergencyreturnsystemwiththeSimulink．Finally，theentiremodelwassimulated．ThisreturncontrolmodelbasedonStateflowismoresimpleandintuitive，comparedwiththetraditionalmodel，theresponseofthecontrolprocessisfast，whichcanmeettheconditionofhi

5、ghreal-timerequirementsoftheUAVemergencyre·turn．TheresultshowsthatthecontrolledstrategydesignedinthispapercaneffectivelyfinishtheUAVemergencyre·turntaskwhenGPSfails．KEY'WORDS：Unmannedaerialvehicle(UAV)；Emergencyreturn；Controlledstrategy；Simulation1引言无人机(UnmannedAerialVehicle，UAV)是一类由无线电设备遥控或机载飞行控

6、制系统控制的无人驾驶航空器的统称。无人机最先应用于军事，但由于其具有机动性强、灵活性高、成本低廉等特点，各国相继大力开展了民用无人机的研发和使用。因此，无人机被作为一种理想的飞行平台广泛应用于航拍测绘、通信中继、抢险救灾等各个领域。但是，由于无人机飞行情况复杂且易受外界环境干扰，飞行过程中不免会产生故障。其中GPS失效就是一个常见问题，由于GPS失效后无人机无法正确找到经纬坐标，导致无人机不能顺利返航，因此研发针对GPS失效等一系列故障的应急处理技术是目前乃至今后一段时间无人机研究领域的热点。基金项目：湖北省教育厅自然科学研究计划项目(B2013172)；湖北省自然科学基金(2012FF

7、C09401)收稿日期：2014-10—09—28一国内外针对GPS失效后无人机返航着陆研究较早，但大部分仍处于理论阶段。WarrenRichard，FischerAmber提出了在GPS失效时，基于计算机视觉的自动着陆系统⋯。MikoGyula，NemethAndras给出了当无人机GPS失效时，运用所设计的无线电辅助导航系统来提供定向和距离等信息【2j，该系统主要针对通信和无线电导航，对无人机着陆过程研究较少。W蚰Jiuqing