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无人机空中加油过程中分数阶滑模会合导引控制
  • ISSN号:1000-8152
  • 期刊名称:《控制理论与应用》
  • 时间:0
  • 分类:V249.1[航空宇航科学与技术—飞行器设计]
  • 作者机构:[1]西北工业大学自动化学院,陕西西安710072, [2]康科迪亚大学机械与工业工程系,蒙特利尔,QCH3G1M8,加拿大
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(61473229;60974146)资助
中文摘要:

针对带末端角度和末端速度约束的无人机空中加油自主会合问题,设计了一种3维分数阶滑模导引律,使无人机在无加油机主动配合的情况下具备自主会合能力.首先,根据无人机与加油机之间的相对运动关系,设计了3维比例导引规律,使无人机能够到达期望的加油位置.其次,利用滑模控制的强鲁棒性特点以及分数阶微积分的精细控制特性,基于变结构理论和李雅普诺夫稳定性理论设计了一种带有末端角度约束的3维分数阶滑模变结构控制律,并用所设计的分数阶滑模控制律对3维比例导引指令进行重构,使无人机能以期望的末端追踪角度到达加油位置.然后,构造了速度指令生成器,对无人机的末端速度进行约束.最后,对所设计的导引律进行了仿真验证,仿真结果表明所设计出来的导引律能满足追踪角度和速度约束的要求.

英文摘要:

A guidance law based on fractional-order sliding-mode control is developed to deal with the terminal angle and velocity constraints of unmanned aerial vehicle(UAV) in automatic rendezvous during air refueling. This law makes the UAV possess the ability to rendezvous with the tanker aircraft without active cooperation from the tanker aircraft.By considering the relative motion in three-dimensional space between the UAV and the tanker aircraft, we adopt the proportional navigation guidance(PNG) law in three-dimensional space to make the UAV fly to the desired formation point for refueling. Then, by making use of the robustness of the sliding-mode control and the meticulous characteristics of the fractional calculus, we develop a sliding-mode control law with fractional order to restrict the chasing angles of the UAV based on the variable structure control theory and the Lyapunov stability theory. The obtained sliding-mode control law with fractional order is employed to modify the PNG law, the resultant law will make the UAV possess the ability to fly to the desired formation point with the desired terminal chasing angle. Finally, a velocity command generator is developed to constrain the terminal velocity of the UAV. Simulations are carried out to validate the proposed guidance law; the results show that the designed guidance law achieves good control performance and satisfies the terminal angle constraint and the terminal velocity constraint.

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期刊论文 31 会议论文 7 获奖 1 专利 2
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期刊信息
  • 《控制理论与应用》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:国家教育部
  • 主办单位:华南理工大学 中国科学院数学与系统科学研究院
  • 主编:胡跃明
  • 地址:广州五山路华南理工大学3号楼516室
  • 邮编:510640
  • 邮箱:aukzllyy@scut.edu.cn
  • 电话:020-87111464
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-8152
  • 国内统一刊号:ISSN:44-1240/TP
  • 邮发代号:46-11
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:21084