基于变结构控制的无人机编队飞行方法

张西勇，叶慧娟

(1.武汉东湖学院 机电工程学院， 武汉 430033; 2.海军工程大学 兵器工程学院， 武汉 430033)

在现代战争中，无人机(UAV)由于具备零伤亡的优势，已经成为执行作战任务的重要装备。针对作战任务的复杂性和多样化，往往需要多个UAV协同执行任务，无人机编队控制问题亟待解决。

当前，无人机编队控制问题已经成为无人机领域研究的热点，国内外均已开展大量的研究工作。美国国防高级研究项目局(DAR-PA)资助的MICA项目，其研究重点是提高UAV的自主控制和协同控制能力[1]；Galzi采用连续高阶滑模控制方法设计了编队控制器，对外界干扰有一定的抑制能力[2]；景晓年等人利用图论相关知识和多智能体系统一致性理论建立了集群运动的控制模型[3]；朱熠等人基于鲁棒最优理论和动态投影方法设计了动态投影控制系统[4]。沈佩珺对小型高速无人机及其协同编队控制进行了研究，采用改进的鲁棒LQR结合模型参考自适应为无人机进行了控制律设计[5]。

本文在长机和僚机相对运动方程的基础上推导视线角变化的状态方程，通过设计变结构控制器控制视线角在某固定值，从而实现了无人机的编队控制。

1 建模

针对不同的作战任务需求，经常需要多个无人机集群式执行作战任务，如何保证多个无人机按照设定的队形稳定飞行，而不会发生碰撞，无人机的编队控制问题就显得非常重要。无人机经常使用的飞行编队有领航-跟随编队和左右菱形编队。本文以左右菱形编队为研究对象，以长机和僚机相对运动关系为基础建立控制对象的状态方程，并在此基础上进行控制器设计。……