Guidance and Control for UAV Aerial Refueling Docking Based on Dynamic Inversion with L_1 Adaptive Augmentation

The guidance and control for UAV aerial refueling docking based on dynamic inversion with L1 adaptive augmentation is studied.In order to improve the tracking performance of UAV aerial refueling docking,aguidance algorithm is developed to satisfy the tracking requirement of position and velocity,and it generates the UAV flight control loop commands.In flight control loop,based on the 6-DOF nonlinear model,the angular rate loop and the attitude loop are separated based on time-scale principle and the control law is designed using dynamic inversion.The throttle control is also derived from dynamic inversion method.Moreover,an L1 adaptive augmentation is developed to compensate for the undesirable effects of modeling uncertainty and disturbance.Nonlinear digital simulations are carried out.The results show that the guidance and control system has good tracking performance and robustness in achieving accurate aerial refueling docking.

空中加油受油机自主会合对接控制器设计

为了实现受油机与加油机自主会合对接,提高在会合对接过程中的航迹跟踪性能,设计了一种满足位置跟踪与速度跟踪的制导律,推导了相应的飞控指令。在飞控系统设计上,按六自由度受油机动力学模型,采用时标分离将受油机角运动系统分为快慢回路,采用动态逆分别进行了设计。同样,采用动态逆的方法设计了满足会合对接的速度控制律。最后以无人机自主跟踪加油机实现会合对接为例进行了仿真,结果表明该系统能够引导受油机实现与加油机的会合对接,并具有良好的动态性能。

基于滑模的空中加油受油机会合制导与控制

为实现空中加油过程中受油机与加油机自主会合,建立满足会合要求的滑模控制面,设计相应制导律。根据受油机与加油机相对位置与速度得出受油机前向加速度指令。基于六自由度受油机动力学模型,采用时标分离将受油机的角运动系统分为快慢回路,采用动态逆方法分别进行系统设计和设计满足追踪会合要求的速度控制律,并以无人机自主跟踪加油机实现会合为例进行仿真。结果表明:该系统能引导受油机实现与加油机的会合,具有良好的动态性能。

基于直接升力的空中加油对接飞行控制

为解决传统空中加油对接过程中受油机纵向轨迹跟踪控制存在时间滞后的问题,提出一种基于直接升力的空中加油对接飞行控制方法。采用非线性L1制导的方法生成横纵向加速度指令,设计2种直接升力方案对受油机纵向轨迹控制加以改进,采用动态逆方法对姿态回路设计,通过扩张状态观测器对动态逆内回路进行补偿。仿真结果表明:采用的2种方案均能消除纵向轨迹跟踪的时间滞后,实现受油机纵向轨迹的快速响应,完成空中加油的成功对接。

基于滑模的自主空中加油会合跟踪制导与控制

根据无人机与加油机的目标视线及无人机飞行速度之间的关系,建立了满足追踪会合要求的滑模控制面,设计了一种满足空中加油会合要求的制导律,生成了受油机侧向与法向期望过载.根据运动学关系,采用动态逆方法将期望过载转化为期望的角速率,设计了满足协调转弯的滚转角指令.内回路采用动态逆实现了角速率的跟踪控制.根据无人机与加油机相对位置与速度设计了满足会合要求的前飞速度指令.最后以无人机自主跟踪加油机实现会合为例进行了仿真.结果表明,该系统能够引导无人机与加油机的会合,具有良好的动态性能.