摘要: 无人机编队技术可以弥补单架无人机在载荷、续航、突防等方面的局限性，从作战样式角度颠覆传统武器系统的战术功能，从而应对全新的网络化战场环境。紧密编队形式使得编队中无人机动力学特性变得复杂，无人机之间的相对运动与无人机气动性能相互耦合... 展开 无人机编队技术可以弥补单架无人机在载荷、续航、突防等方面的局限性，从作战样式角度颠覆传统武器系统的战术功能，从而应对全新的网络化战场环境。紧密编队形式使得编队中无人机动力学特性变得复杂，无人机之间的相对运动与无人机气动性能相互耦合，要求控制系统具有编队协作的功能以及良好的动态品质。 本文以无人机紧密编队为研究对象，进行编队运动学建模、气动耦合研究、队形优化及编队协同控制系统设计等几个方面的研究工作。 首先，分析了无人机在编队飞行时的相对运动关系，建立了无人机编队的运动学模型，对编队的运动特性进行分析，为本文后续研究提供基础。 其次，针对无人机编队在紧密队形飞行时产生的气动耦合，采用奥森涡模型计算了无人机翼尖涡的诱导速度分布，从而得到翼尖涡对无人机产生的平均上洗作用。分析了上洗作用为无人机带来的上洗攻角和升阻力系数的关系，从而将气动耦合作用转换至附加力系数。 第三，根据无人机编队飞行的特性将队形参数化，把最优队形参数问题转换为参数规划求解问题，发展了一种带有障碍函数的梯度下降优化方法，建立无人机编队多约束多优化变量条件下队形参数优化模型，从而优化得到平均阻力系数最小的队形参数。 第四，针对无人机紧密编队的飞行需求，采用求解协作函数的方式解决编队协同问题，发展了一种带有队形约束的分布式协同控制律。设计相应的编队控制系统结构及无人机抗饱和积分PI控制器，通过仿真说明编队分布式协同控制律的有效性。 第五，针对编队队形在机动时受气动耦合影响产生不利波动问题，引入非线性动态逆控制方法，推导了编队控制逆系统模型，设计了编队无人机的动态逆控制器，通过仿真说明所设计的动态逆控制器队形控制精度高，达到了预期效果。 收起