无人动力翼伞双环积分滑模控制器设计与仿真

孔令沛，胡 为，姬书得，王留芳

(1. 沈阳航空航天大学航空宇航学院，沈阳 110135； 2. 沈阳航空航天大学自动化学院，沈阳 110135)

无人动力翼伞是一种由动力装置与冲压式翼伞相结合的无人飞行器[1]，其具有操作简单、造价低廉以及抗风性能良好的特点[2-4]。无人动力翼伞的伞衣在被相对运动的空气进行冲压撑起之后的横截面具有翼型的形状，被撑起的翼伞也就是动力翼伞的机翼，翼伞的上下翼面分别承担着主要的气动力以及冲压力。翼伞通过伞绳与带有动力螺旋桨的负载相连接，控制器可以通过控制无人动力翼伞两侧操纵绳的下拉量来完成翼伞的转弯运动以及“雀降”运动[5]，配合螺旋桨的动力输出可以完成爬升运动。其在军事侦察、应急物资投放、大气环境监测以及民用旅游等领域有着广阔的应用前景[6]。无人动力翼伞结构示意图如图1所示。

图 1 无人动力翼伞结构示意图Fig.1 Schematic diagram of unmanned parafoil structure

中外学者对无人动力翼伞的研究不断深入，刘绮等[7]对翼伞系统的归航阶段进行了研究，提出了分段式归航方法，将归航阶段分为盘旋削高、逆风对准、雀降3个阶段并进行了工程化处理，采用比例-积分-微分(proportional-integral-derivative，PID)控制方法来控制翼伞归航阶段的飞行轨迹。Yang等[8]在翼伞系统6-DOF模型的基础之上设计了PID控制器来调整偏航角，仿真结果表明其方法的可行性。Zhang等[9]通过空气动力学方程建立了全新的翼伞6-DOF模型，结合PID控制方法对翼伞滑行、转弯以及“雀降”运动进行了仿真，结果表明了该模型的可靠性。……