小型旋翼無人機建模及航線控制研究

尹欣繁，車兵輝，章貴川，彭先敏，羅 歡

（中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所，四川 綿陽 621000）

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隨著科技的不斷進步，現代戰爭對武器性能提出了新的要求。從21 世紀阿富汗戰爭、伊拉克戰爭和敘利亞戰爭以及近期亞美尼亞與阿塞拜疆的戰爭來看，基于信息的無人智能作戰武器已經成為現代新軍事變革下高科技局部戰爭的主流武器系統。無人機（unmanned aerial vehicle，UAV）是依賴自動飛行控制系統自主完成給定任務或通過地面控制站遙控執行任務的無人駕駛飛行器。近年來，隨著通信、智能控制、導航以及微機電（micro electro-mechanical systems，MEMS）等技術的不斷發展和革新，無人機的飛行性能得到極大提升，任務剖面也得到不斷拓展，并已在近幾次局部戰爭中大顯身手，其優異的戰場戰術性能被體現得淋漓盡致。

相較于固定翼無人機，多旋翼無人機以其結構簡單、機動靈活、能夠垂直起降（vertical take-off and landing，VTOL）以及定點懸停等獨特優點，在軍事和民用領域中被廣泛使用，并已然成為各軍事強國的研究熱點。預設航線的跟蹤是無人機執行任務的關鍵，對無人機的應用起著至關重要的作用。

在實際飛行中，由于存在自然風或不穩定氣流的擾動，無人機的實際飛行航線往往與預先規劃的理想航線有一定偏差。本文針對旋翼無人機航線控制問題，以小型四旋翼無人機為研究對象，建立其非線性動力學模型，在姿態增穩控制基礎上設計了外環位置控制PID 控制器并在MATLAB/SIMULINK環境下進行了數值仿真，最后通過飛行實驗驗證了控制系統設計的有效性和可靠性。……