飞行器无动力下滑技术研究.pdf

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1、第30卷第8期计算机仿真2013年8月文章编号：1006—9348(2013)08—0065—05飞行器无动力下滑技术研究刘玮，宋科璞(西安飞行自动控制研究所飞行器控制一体化技术重点实验室，陕西西安710065)摘要：下滑轨迹优化设计是实现高高空无动力飞行器自主着陆的关键技术之一。飞行器无动力下滑的过程可以分为初始下滑段和自主着陆段两个阶段，对两个阶段进行制导策略优化设计，可在初始下滑段采用在线自适应生成跟踪轨迹，自主着陆段采用改进的Barton算法实现对着陆轨迹的优化。根据经典的PID算法，飞行控制器实现了纵向高度控制、

2、速度控制以及横侧向纠偏控制。利用Simulink环境对制导策略和控制器结构及参数进行了仿真验证。仿真结果表明，轨迹设计合理，飞行器跟踪良好，满足着陆指标要求。关键词：飞行器；无动力；下滑；自主着陆；参考轨迹中图分类号：V19文献标识码：BResearchonTechnologyofUnpoweredGlideforVehiclesLIUWei．SONGKe—pu(ScienceandTechnologyonAircraftControlLaboratory，FlightAutomaticControlResearchIns

3、titute，Xi’allShanxi710065，China)ABSTRACT：Trajectorydesignofunpoweredglideisoneofthekeytechnologiesforautonomousapproachingofhigh—altitudeunpoweredvehicles．Theprocessofunpoweredglideforvehiclescontainstwophases：droppingandauton·omouslanding．Controlstrategiesweredes

4、ignedbasedoncharacteristicsofeachphase．Anadaptiveonlinetrajectoryshapingalgorithmwasdevelopedforthedroppingphaseandtheautonomouslandingphase，andanimprovedBartonalgorithmwasdesignedtOachievebetterlandingperformance．TheflightcontrollerWasdesignedbasedontheelassi-cal

5、PIDalgorithm，whichcontainslongitudinalheightcontrol，speedcontrolandlateraldeviationcorrectioncontr01．Finally，thesimulationWascarriedoutusingSimulinkofMatlabtoverifytheguidancestrategyandcontrolstructure．Thesimulationresultshowsthatthedesignedtrajectoryiseffectivea

6、ndthetrajeetoryfollowingstrategyCanfulfilltherequirementofthetask．KEY-WORDS：Vehicle；Unpowered；Glide；Autonomouslanding；Referencetrajectory1引言本文研究的无动力下滑飞行器不具备推进系统，只能通过调整飞行高度或阻力板偏度实现对速度的控制。整个飞行过程中飞行器的能量状态受初始投入的位置和速度、大气环境的影响巨大。为了提高系统的安全性、可靠性，同时满足控制精确度要求，必须有针对性地设计飞行轨迹剖

7、面，并采取有效的制导控制策略。本文将无动力飞行器的下滑过程分为初始下滑段和自主着陆两个阶段，分别对上述两个阶段进行控制策略的研究，仿真表明设计的控制策略是有效的。收稿日期：2012—11—222自主着陆轨迹设计飞行器无动力下滑的着陆轨迹可分为陡下滑、圆弧拉起、指数过渡、浅下滑四部分⋯，由于着陆轨迹计算量大，对环境状态要求严格，GreggH．Barton在1999年提出了基于动压剖面设计高度剖面的离线轨迹优化算法嵋-，该方法思路清晰、计算速度快，经x一34飞行器投放试验证明，优化航迹可以很好地完成导引任务，且对气动、环境等不

8、确定性具有一定的鲁棒性。但是，该算法过于看重着陆动压指标对于陡下滑以后的轨迹设计不够精细，有时会出现拉起段过短的情况，如果此时放下起落架就会导致飞行器调整时间不够从而容易冲出跑道，导致任务失败。针对这一问题，本文将指数过渡起始位置作为优化参数，同时通过调整指数衰减率盯的方法实现对着陆轨迹的优化。一65—