矢量无人机飞行姿态稳定性保障及其控制策略研究进展*

熊 吉，许春霞，胡 瑞,，Catherine McQuade，熊 乐，朱亚东，杨金伟

(1.南昌工程学院 江西省精密驱动与控制重点实验室，南昌 330099；2.Department of Mechanical Engineering,The University of Sheffield,Sheffield S1 3JD,UK)

0 引 言

矢量无人机在三维空间飞行有出色的机动性，能够在任意方向实现起降、俯仰、横滚、偏航和悬停等飞行姿态稳定完成。自20世纪20年代以来，无人机行业发展迅速，在军事和民用领域得到了大量的应用[1]。无人机的核心是飞行控制策略，它是能够稳定无人机飞行姿态并实现人机自主或半自主飞行的控制系统。多数飞行控制策略初始主要采用经典的单回路频域、比例积分微分控制(Proportion Integration Differentiation,PID)和鲁棒控制等线性控制方法以实现飞行控制系统设计及其应用[2]。然而，随着无人机飞行性能要求的复杂化，常规线性控制已经很难满足无人机任务的实际需求[3]，这也使得无人机控制策略选择趋于多元化[4]。

在飞行控制方面，矢量无人机克服了单一固定翼无人机稳定飞行及其起降空间要求的机动性固有限制，并拓展了常规系统的控制运行范围[5]。与此同时，无人机机翼和螺旋桨设计对保障无人机稳定飞行也有很大帮助[6-7]。此外，有限元模型及其仿真技术应用于优化无人机飞行稳定设计方面也日益受到重视。利用有限元模型来确定无人机机翼、机身和螺旋桨的变形和应力，其能够改善无人机结构的性能,优化无人机的飞行稳定性，并且有效地降噪[8]。

针对矢量无人机飞行稳定问题，虽然国内外学者在无人机姿态稳定保障和控制策略方面做了大量研究[8-9]，取得了一定的研究成果，但大多数对矢量无人机飞行稳定控制策略的研究还不够系统全面和深入，导致矢量无人机在稳定性能方面存在一定缺陷。……