ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA >
Trajectory tracking control of multiple parafoil formation based on fuzzy PID
Received date: 2025-10-11
Revised date: 2025-11-20
Accepted date: 2025-12-08
Online published: 2025-12-23
Supported by
Open Fund of Jiangsu Engineering Center of Autonomous Driving Technology(ZK25-06-03)
To address the issues of low control accuracy， weak disturbance rejection capability， and poor cooperative stability in trajectory tracking control of multiple parafoil formation， a fuzzy PID-based trajectory tracking control method for multiple parafoil formation is proposed. Firstly， a particle model of the multiple parafoil system is established， and the Dryden turbulence wind field model is introduced. Then， a three-dimensional trajectory tracking control strategy for parafoil formation is constructed. The tracking errors obtained from the reference command and measured output are fuzzified using triangular membership functions， and fuzzy inference is performed based on a predefined rule base. Through defuzzification， precise control gain parameters are obtained. The guidance control system is decoupled into two subsystems： horizontal-plane control and altitude control. The horizontal-plane control takes lateral deviation and heading angle error as inputs and outputs the heading angle command， while the altitude control takes longitudinal deviation and flight path angle error as inputs and outputs the flight path angle command. Finally， the proposed method is validated on the RflySim simulation platform. Simulation results demonstrate that， compared with the traditional PID control method， the fuzzy PID controller can still maintain a smooth trajectory and small deviations under turbulent wind disturbances， and it improves formation stability by 21.3%. Therefore， the fuzzy PID adaptive control algorithm can effectively suppress the influence of complex external environmental factors on parafoil formation， exhibiting high robustness and strong anti-disturbance capability.
Qi CHEN , Chang ZHANG , Hongjin ZHANG , Jiyu HU , Like ZHAO . Trajectory tracking control of multiple parafoil formation based on fuzzy PID[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2026 , 47(S1) : 732897 -732897 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2025.32897
| [1] | 孙青林， 杨金山， 孙昊， 等. 翼伞系统自主归航的关键技术研究综述［J］. 国防科技大学学报， 2024， 46（4）： 1-15. |
| SUN Q L， YANG J S， SUN H， et al. Review of key technologies for autonomous homing of parafoil systems［J］. Journal of National University of Defense Technology， 2024， 46（4）： 1-15 （in Chinese）. | |
| [2] | 罗淑贞， 孙青林， 檀盼龙， 等. 基于高斯伪谱法的翼伞系统复杂多约束轨迹规划［J］. 航空学报， 2017， 38（3）： 320363. |
| LUO S Z， SUN Q L， TAN P L， et al. Trajectory planning of parafoil system with intricate constraints based on Gauss pseudo-spectral method［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2017， 38（3）： 320363 （in Chinese）. | |
| [3] | 孙青林， 陈赛， 孙昊， 等. 复杂扰动下的动力翼伞轨迹跟踪控制［J］. 哈尔滨工程大学学报， 2019， 40（7）： 1319-1326. |
| SUN Q L， CHEN S， SUN H， et al. Trajectory tracking control of powered parafoil under complex disturbances［J］. Journal of Harbin Engineering University， 2019， 40（7）： 1319-1326 （in Chinese）. | |
| [4] | 刘琦， 陈猛， 庞桂林， 等. 基于PID控制的翼伞归航技术研究［C］∥ 中国航空学会. 探索 创新 交流——第五届中国航空学会青年科技论坛文集（第5集）. 2012： 302-307. |
| LIU Q， CHEN M， PANG G L， et al. Research on parafoil homing technology based on PID control［C］∥ Chinese Society of Aeronautics and Astronautics. Exploration， Innovation and Communication—Proceedings of the 5th Youth Science and Technology Forum of the Chinese Society of Aeronautics and Astronautics （Vol. 5）. 2012： 302-307 （in Chinese）. | |
| [5] | 朱二琳， 张兴会. 翼伞空投系统模糊控制器的设计与实现［J］. 电子测量技术， 2011， 34（4）： 46-49. |
| ZHU E L， ZHANG X H. Design and application of fuzzy controller in parafoil airdrop system［J］. Electronic Measurement Technology， 2011， 34（4）： 46-49 （in Chinese）. | |
| [6] | 李永新， 陈增强， 孙青林. 基于模糊控制与预测控制切换的翼伞系统航迹跟踪控制［J］. 智能系统学报， 2012， 7（6）： 481-488. |
| LI Y X， CHEN Z Q， SUN Q L. Flight path tracking of a parafoil system based on the switching between fuzzy control and predictive control［J］. CAAI Transactions on Intelligent Systems， 2012， 7（6）： 481-488 （in Chinese）. | |
| [7] | 檀盼龙， 罗淑贞， 孙青林. 动力翼伞系统耦合补偿控制策略研究［J］. 北京理工大学学报， 2019（4）： 378-383. |
| TAN P L， LUO S Z， SUN Q L. Control strategy of power parafoil system based on coupling compensation［J］. Transactions of Beijing Institute of Technology， 2019（4）： 378-383 （in Chinese）. | |
| [8] | 陶金， 孙青林， 陈增强， 等. 基于LADRC的翼伞系统轨迹跟踪控制［J］. 哈尔滨工程大学学报， 2018， 39（3）： 510-516. |
| TAO J， SUN Q L， CHEN Z Q， et al. LADRC-based trajectory tracking control for a parafoil system［J］. Journal of Harbin Engineering University， 2018， 39（3）： 510-516 （in Chinese）. | |
| [9] | 周宇阳， 赵敏， 王成， 等. 基于双线性ADRC的翼伞系统三维航迹跟踪控制［J］. 机械制造与自动化， 2024， 53（1）： 255-259. |
| ZHOU Y Y， ZHAO M， WANG C， et al. 3-D trajectory tracking control of parafoil system based on bilinear ADRC［J］. Machine Building & Automation， 2024， 53（1）： 255-259 （in Chinese）. | |
| [10] | 李之翰， 南英， 万金诚. 基于模型预测控制的翼伞航迹跟踪［J］. 航空科学技术， 2024， 35（4）： 74-82. |
| LI Z H， NAN Y， WAN J C. Parafoil trajectory tracking based on model predictive control［J］. Aeronautical Science and Technology， 2024， 35（4）： 74-82 （in Chinese）. | |
| [11] | TAN P L， CHEN Z Q， SUN Q L， et al. Trajectory tracking control of powered parafoil without velocity feedback［J］. Nonlinear Dynamics， 2023， 111（16）： 15023-15035. |
| [12] | LI Z H， NAN Y. Optimal path planning and tracking control methods for parafoil［J］. Applied Sciences， 2023， 13（14）： 8115. |
| [13] | ZHENG Y M， FEI Z L， TAO J， et al. Intelligent trajectory tracking linear active disturbance rejection control of a powered parafoil based on twin delayed deep deterministic policy gradient algorithm optimization［J］. Applied Sciences， 2023， 13（23）： 12555. |
| [14] | LUO S Z， SUN Q L， TAO J， et al. Trajectory planning and gathering for multiple parafoil systems based on pseudo-spectral method［C］∥ 2016 35th Chinese Control Conference. Piscataway： IEEE Press， 2016： 2553-2558. |
| [15] | 马培蓓， 雷明， 纪军. 基于一致性的多无人机协同编队设计［J］. 战术导弹技术， 2017（2）： 86-90. |
| MA P B， LEI M， JI J. Multi-UAV cooperative formation design based on consensus［J］. Tactical Missile Technology， 2017（2）： 86-90 （in Chinese）. | |
| [16] | 卢伟涛， 孙昊， 滕海山， 等. 多翼伞系统智能协同控制研究［J］. 航天返回与遥感， 2022， 43（5）： 36-47. |
| LU W T， SUN H， TENG H S， et al. Research on intelligent cooperative control of multi-parafoil system［J］. Spacecraft Recovery & Remote Sensing， 2022， 43（5）： 36-47 （in Chinese）. | |
| [17] | GURFIL P， FELDMAN S， FELDMAN M. Coordination and communication of cooperative parafoils for humanitarian aid［J］. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems， 2010， 46（4）： 1747-1761. |
| [18] | CHEN Q， SUN Y X， ZHAO M， et al. Consensus-based cooperative formation guidance strategy for multiparafoil airdrop systems［J］. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering， 2021， 18（4）： 2175-2184. |
| [19] | 陶金， 孙青林， 朱二琳， 等. 基于量子遗传算法的翼伞系统归航轨迹规划［J］. 哈尔滨工程大学学报， 2016， 37（9）： 1261-1268. |
| TAO J， SUN Q L， ZHU E L， et al. Homing trajectory planning of parafoil system based on quantum genetic algorithm［J］. Journal of Harbin Engineering University， 2016， 37（9）： 1261-1268 （in Chinese）. | |
| [20] | ROSICH A， GURFIL P. Coupling in-flight trajectory planning and flocking for multiple autonomous parafoils［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part G： Journal of Aerospace Engineering， 2012， 226： 691-720. |
| [21] | CALISE A J， PRESTON D. Swarming/flocking and collision avoidance for mass airdrop of autonomous guided parafoils［J］. Journal of Guidance， Control， and Dynamics， 2008， 31（4）： 1123-1132. |
| [22] | 孙昊， 刘雪峰， 刘靖雷， 等. 大规模空投中的多翼伞一致性控制算法［J］. 控制理论与应用， 2021， 38（12）： 1993-2000. |
| SUN H， LIU X F， LIU J L， et al. Consensus control algorithm of multiple parafoils in mass airdrop［J］. Control Theory & Applications， 2021， 38（12）： 1993-2000 （in Chinese）. |
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