固定翼无人机轨迹跟踪的滑模变结构控制

固定翼无人机是一个典型的欠驱动、强耦合、多输入多输出(MIMO)的非线性系统。首先,给出无人机系统在受到参数不确定和阵风干扰等情况下的动力学模型;其次,使用滑模变结构控制(SMVSC)方法求解出四个控制输入信号,以实现无人机的期望轨迹跟踪。整个系统采用双回路结构,第一个回路求解出升降舵和发动机控制输入信号,第二个回路求解出副翼和方向舵控制输入信号;对比比例积分微分(PID)控制方法发现,相较于需要整定控制参数的PID算法,使用滑模变结构控制(SMVSC)方法的飞行器所需的控制参数可以在设计滑模面时给出。仿真结果表明,使用该方法的飞行器对外界较强阵风干扰和模型参数不确定具有较强的鲁棒性,并能精确地完成轨迹跟踪任务。

具有通信时延和拓扑时变的多无人机姿态同步控制

针对具有二阶动力学特性的多无人机系统模型,研究了多无人机(multi-UAVs)系统在通信时延和通信拓扑结构为无向时变情况下的姿态同步问题。通过对姿态同步的一致性条件分析,将一种针对多个一般非线性系统的基于输出反馈的协同控制方法应用在采用四元数法描述的空间多个刚体姿态的协同控制系统中去,并利用姿态动力学及Lyapunov-Krasovskii泛函对该控制方案进行了理论证明。数值仿真结果表明,当通信时延、通信拓扑结构等参数随机切换时,该姿态同步控制算法能有效地保证每个飞行器在编队中能够与其他飞行器保持姿态同步的同时,还能够在有限时间内达到期望的时变姿态以及角速度。