[发明专利]一种基于预瞄策略的空中加油对接控制方法

说明书

本发明公开了一种基于预瞄策略的空中加油对接控制方法，属于无人机导航制导与控制技术领域。本发明包括：建立反映各种复杂气流扰动影响的受油机六自由度非线性运动模型，并将其转化成便于后续控制器设计的形式；在此基础上，通过引入变长度滚动时域预瞄目标、采用主动抗干扰控制方法提出一种结合直瞄/变时长滚动时域预瞄引导的软管式自主空中加油精准对接引导方法。本发明可在兼顾多重复杂气流扰动对无人机六自由度运动的影响的同时，提高空中受油机对多重复杂气流扰动影响的主动抗扰能力，并显著解决了慢动态受油机跟踪快动态锥套时的对接响应滞后问题；此外，本发明设计过程所涉及的控制器物理意义明确，参数整定方便，易于工程实现。

技术领域

本发明属于无人机导航制导与控制技术领域，具体涉及一种基于预瞄策略的空中加油对接控制方法。

背景技术

无人机又称无人驾驶飞行器，广泛应用于军用和民用领域；无人机自动空中加油是指无人机在飞行过程中与其他飞机以管道形成对接，在飞机间输送燃油的过程。空中加油提高飞机作战效能，体现在增加航程和作战半径、延长留空时间、提高有效载荷和增大攻击突然性等方面，如参考文件1记载。参考文件1：全权,魏子博,高俊,et al.软管式自主空中加油对接阶段中的建模与控制综述[J].航空学报,2014,35(9):2390-2410。近年来，随着无人机技术的迅猛发展，对无人机空中加油技术的需求日益强烈，并且有必要使空中加油技术自主化，以实现高精度、高安全和高效率的自主空中加油。通过空中加油，能弥补无人机在航行距离、留空时间和起飞重量等方面的短板，大幅度提升其作战能力。

对于我国及大多数国家采用的插头锥套式空中加油而言，柔性结构的加油软管-锥套组合体受加油机的拖曳，其运动状态一方面取决于加油机飞行速度、高度以及自身长度、重量、空气动力特性等多种复杂因素，另一方面受到加油机尾涡流场、不确定性大气紊流以及受油机靠近时的气流前扰的影响。多种复杂因素综合作用，使得锥管出现不规则摆动现象，严重影响加油对接的顺利进行。而软式加油对接的主体——受油机也同样处于加油机尾涡流场和不确定性大气紊流作用下。如何控制受油机使其与多重扰动作用下飘忽不定的锥套实现精准对接进而实现软管式自主空中加油具有重要的意义，亦可以为软管式自主空中加油对接控制找到一种全新的思路和方法，具有重要的理论意义和工程应用价值。

目前在软管式自主对接控制方面，国内外从不同角度开展了大量研究工作，取得了许多卓有成效的研究成果，但总体而言，多重复杂扰动条件下自主对接控制的效果并不理想。NASA在2006年的自主空中加油演示验证飞行中6次对接只有2次成功。X-47B虽然完成了无人机首次空中加油试验，但其成功对接的视频中锥套运动非常平稳，表明当时的气流扰动非常小，显然是精心选择气象条件的结果。与之形成鲜明对比的是，类似大小的气流扰动情况下，国内外在人工控制的空中加油实践方面却非常成功，经过艰苦的训练，战斗机飞行员往往能够达到很高的空中加油对接成功率。