高速飞行器编队有限时间逆优化复合控制

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32952

集群智能与协同控制

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高速飞行器编队有限时间逆优化复合控制

郭晋利, 陈谋()

南京航空航天大学自动化学院，南京 211100

收稿日期:2025-10-22 修回日期:2025-11-10 接受日期:2025-12-01 出版日期:2025-12-09 发布日期:2025-12-08
通讯作者: 陈谋 E-mail:chenmou@nuaa.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(U23B2036);国家自然科学基金(62533012);空基信息感知与融合全国重点实验室基金(ZH2024-0058);江苏省科技计划专项资金港澳台科技合作计划(BZ2023057)

Finite-time inverse optimization composite control of high-speed aircraft formation

Jinli GUO, Mou CHEN()

College of Automation，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 211100，China

Received:2025-10-22 Revised:2025-11-10 Accepted:2025-12-01 Online:2025-12-09 Published:2025-12-08
Contact: Mou CHEN E-mail:chenmou@nuaa.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U23B2036);National Key Laboratory Fund of Air-Based Information Perception and Fusion(ZH2024-0058);Special Fund for Science and Technology Planning Projects of Jiangsu Province： Hong Kong, Macao and Taiwan Science and Technology Cooperation Project(BZ2023057)

摘要/Abstract

摘要：

为满足高速飞行器编队的协同误差应快速收敛这一性能需求，提出一种基于有限时间的逆优化复合控制策略。首先，对高速飞行器动力学模型进行简化，建立二阶系统模型和编队误差动力学模型。然后，设计了一种有限时间收敛的滑模控制方法，用于提升高速飞行器编队协同误差的收敛速度，以满足高速飞行器在快速机动过程中对协同控制的实时性要求；为了在有限时间收敛的基础上进一步提升系统的协同控制性能，提出了一种逆优化复合控制方法，旨在满足指定的最优性能指标。最终，通过仿真实验验证了所提出的基于有限时间的逆优化复合控制方法的有效性和可行性。

关键词: 高速飞行器编队, 协同控制, 有限时间控制, 逆优化控制, 滑模控制

Abstract:

To meet the performance requirements of rapid convergence of cooperative errors for high-speed aircraft formation， a finite-time inverse optimization composite control strategy is proposed. Firstly， the dynamic model of the high-speed aircraft is simplified， and a second-order system model along with a formation error dynamic model is established. Then， a sliding mode control method with finite-time convergence is designed to enhance the convergence speed of cooperative errors in high-speed aircraft formation， thereby meeting the real-time requirements of cooperative control during rapid maneuvers. To further enhance the cooperative performance on the basis of finite-time convergence， an inverse optimization composite control method is proposed to satisfy specified optimal performance metrics. Finally， simulation experiments verify the effectiveness and feasibility of the proposed finite-time inverse optimization composite control method.

Key words: high-speed aircraft formation, cooperative control, finite-time control, inverse optimization control, sliding mode control

中图分类号:

V249

郭晋利, 陈谋. 高速飞行器编队有限时间逆优化复合控制[J]. 航空学报, 2026, 47(S1): 732952.

Jinli GUO, Mou CHEN. Finite-time inverse optimization composite control of high-speed aircraft formation[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(S1): 732952.

图/表 9

图 1

图 2

图 3

表1

跟随者初始状态

$x i, y i, z i / m$	$V i / (m · s - 1)$	$o i / m$	$ϕ i / r a d$	$χ i / r a d$
$0,29 000,31 610$	$1 700$	$600$	$- 0.499 π$	$0$
$0,29 605,29 500$	$1 700$	$4002$	$π / 4$	$π / 3$
$0,29 990,29 009$	$1 700$	$4002$	$π / 4$	$π / 3$

表1

表2

加入有限时间控制策略前后的收敛时间

变量	收敛时间/s
变量	未加入有限时间控制	加入有限时间控制
$p ˜ t$	6.5	4.4
$v ˜ t$	7.5	5.1

表2

图 4

图 5

图 6

图 7

参考文献 26

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