无人机空中加油会合阶段制导控制研究

• 作 者: 宋海军
• 发表日期: 2014年01期
• 关键词: 空中加油 会合 加油初始点 加油控制点 比例导引 L1非线性制导 虚拟加油机

无人机将成为未来战争的趋势,无人机自主空中加油技术也将逐步成为现实。本文针对无人机空中加油机技术的会合阶段进行研究。首先对无人机空中加油会合过程进行了分析,指出会合阶段在整个加油过程的作用,以及在会合阶段要完成的目标和达到的要求,在此基础上给出了飞机六自由度动力学模型,为后续的研究打下基础。其次,研究了无人受油机导引至加油初始点的制导律,为了解决传统比例导引法末端收敛速度慢的弊端,在传统比例导引的基础上推导出带有末端角约束的比例导引法,并对增益进行调整和优化,保证比例导引不失效;为了使得在更短的时间内完成会合,对速度控制进行了研究,对速度控制进行了分段控制,使会合完成的效率更高。再次,研究了无人机空中加油定点会合第二段的制导控制问题,分析了加油初始点和加油控制点的作用;分析了会合过程中,加油机和无人受油机的轨迹问题。为了解决定点会合中加油机和无人受油机的时间同步问题,提出了虚拟目标和虚拟加油机的概念;研究了无人受油机和加油机的速度控制问题,然后用L1非线性制导算法解决了加油机跟踪U形轨道的问题。为了解决末端位置偏差的问题,设计了速度控制器,最终消除末端误差,使无人受油机与加油机完成会合,为下一步预对接做好准备。最后,在MATLAB数值仿真环境中建立了会合过程的仿真模型,考虑了有风和无风两种情况,对设计的制导算法进行验证。仿真结果表明,L1非线性制导算法能使得加油机很好跟踪U形轨道,设计的受油机制导算法使无人受油机和加油机能实现同步会合。