无人机快速着陆控制律设计及仿真验证

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1、第33卷第7期计算机仿真2016年7月文章编号：1006—9348(2016)07—0141—06无人机快速着陆控制律设计及仿真验证许陈元，李春涛(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京211106)摘要：在无人机着陆优化控制的研究中，由于在快速着陆过程中无人机速度与下沉率不断上升的问题，故控制律需要对轨迹进行精确跟踪并在着陆过程末端增加俯仰角，减小下沉率。在控制律设计过程中，提出了鲁棒伺服LQR(RSLQR)和比例一积分一微分(PID)控制方法。首先根据快速着陆轨迹线，设计了以c‘为控制变量的鲁棒伺服控制律，然后在c+控制律的基础上，利用P

2、ID方法设计了无人机高度及高度变化率控制律，并在非线性环境下进行了仿真。仿真结果表明，上述着陆控制律可以引导无人机沿所设计的轨迹线着陆，并在着陆末端可以减小下沉率，增大俯仰角，鲁棒性强，控制精度高。仿真结果为无人机快速着陆的研究提供科学依据。关键词：无人机；陡下滑角；快速着陆；鲁棒伺服；比例一积分一微分中图分类号：V271．4文献标识码：BDesignandSimulationof删矿Fast-landingControlLawXUChen—yuan．LIChun—tao(CollegeofAutomaticandElectronic，Na

3、njingUniversityofAeronauticsandAstronautics，NanjingJiangsu211100，China)ABSTRACT：Alongwiththeimprovementofaerodynamiclayouttechnology，theUAVhasadaptedtousingthefast—landingmethodwhchisbasedonthesteepglidingangle．Becauseduringthefast—landingprocess，theproblemsthatvectorandsi

4、nkingratekeepincreasingexsiste，thecontrollawmustfollowthetracklineanddecreasethesinkingrateandincreasethepitchangleattheendofthelandingprocess．SotheRobustServomechanismLQR(RSLQR)andProportion-Integrator-Derivative(PID)controlmethodswereusedduringthedesignofcontrollaw．Accor

5、dingtothefast-landingtrackline，aRSLQRcontrollawwithacontrolvariableofC+Wasdesignedfirst，thentheheightcontrollawandthesinkratecontrollawweredesignedusingthePIDmethodbasedontheC’RSLQRcontrollaw，andthecontrollawsweresimulatedunderthean—hnearenvironment．Thesimulationresultshow

6、sthatthecontrollawCallleadtheUAVlandingbyglidingalongthedesignedtrackline，decreasethesinkingrate，andincreasethepitchan—gle．Ithasastrongrobustnessandhishaccuracy，andCanmeetthequestofUAVfastlanding．KEYWORDS：UAV；Steepglideangle；Fast—landing；RSLQR；PID1引言第二次世界大战后，无人机开始崭露头角。上世纪8

7、0年代后，无人机技术得到了迅猛发展。当前，无人机已广泛运用于航拍，农业，测绘，侦察和火力打击等多个民用及军用领域。无人机着陆控制律是无人机飞行控制系统的重要组成部分。目前，大多数无人机采用的是基于浅下滑角着陆的常规着陆方式。随着无人机气动布局技术的发展，无人机机动性能水平得到了显著提高，适合于基于陡下滑角的无人机快速着陆方式的运用。与常规着陆方式相比，基于陡下滑角的快速着陆方式具有着陆时间短和着陆距离短的特点，并且无人机在陡下滑段收稿13期：2015—08—26修回13期：2015—10—12下降相同高度时，其所飞过的距离更短，这使得无人机

8、飞行高度偏差导致的着陆距离偏差相较于浅下滑着陆方式更短，因此无人机快速着陆方式可更加精准地将无人机引导至机场上空，有利于无人机在山区等地貌复杂的地区着陆。基于陡下滑角的无人机快速