低空经济新“机”遇（2）：无人机控制及协同编队虚拟仿真实验

一、前言

正如《低空经济新“机”遇：无人机电力巡检虚拟仿真实验》一文中提到，随着政策支持力度加大和技术发展，低空经济已成为新质生产力的重要引擎。无人机作为低空经济的重要组成部分，在物流配送、巡检监测、环境监测、电力巡检、林业巡查、水利巡查等众多领域展现出了巨大的发展潜力。随着无人机技术的快速发展，无人机集群协同控制已成为现代智能系统研究的重要方向之一。无人机集群通过多机协同作业，能够显著提升任务执行效率、扩大覆盖范围，并在复杂环境中展现出更强的适应性。

二、无人机协同控制系统的应用场景

凭借高效、灵活和智能化的特点，无人机协同控制在军事领域、民用领域、物流和运输领域的应用潜力巨大。在军事领域，无人机集群可以用于战场侦察、目标跟踪、电子干扰以及协同打击等任务；在民用领域无人机集群可以用于灾害救援与环境监测、农业精准喷洒与作物监测、物流配送与物资运输等方面；在物流和运输领域，无人机集群可以通过协同规划飞行路径和任务分配，实现多地点同时配送及危险品运输、偏远地区物资补给等特殊场景。

通过合理的系统设计和任务规划，无人机集群能够有效应对复杂环境和多样化任务需求，为各行业提供切实可行的解决方案。

三、象新力固定翼飞行器控制及协同编队虚拟仿真实验软件

无人机集群如同自然界中的鸟群、鱼群一般，能通过协同合作完成复杂任务，展现出强大的群体智能。为帮助学生快速掌握固定翼飞行器结构、单飞行器控制、飞行器协同编队控制的相关知识，北京象新力采用仿真人机交互技术进行开发，研发了“固定翼飞行器控制及协同编队虚拟仿真实验软件”，借助数字化和沉浸式的虚拟环境，为学生构建一个全面而高效的固定翼飞行器控制及协同编队训练平台。

1、产品介绍

本实验以固定翼飞行器为载体，综合运用自动控制理论和技术，通过交互操作来实现固定翼飞行器的控制和协同编队控制器设计实验。本实验的开展强化了学生综合理解和运用自动控制理论和技术，培养了学生整体设计、综合判断和灵活运用知识解决实际工程问题的全局意识和综合能力。

2、产品特色

本软件提供的虚拟实验平台并非真实实验室的照搬，也绝非简单实验过程的模拟，而是按照虚拟世界的特点对每个实验进行重新设计。软件具有基于材料、机械、电气、自动化等专业的云仿真建模工具，支持教师针对材料、机械、电气控制等专业二次开发自己想要的教学实验系统，为用户自行开发能够自由集成在文本空间上的材料类虚拟仿真实验项目提供支撑。

同时实验系统以3D模型构建了固定翼飞行器的物理对象，能直观地以360度旋转的方式了解实验模型的各个部分构成。通过Unity引擎+WebGL3D绘图协议来模拟实现实验对象的上升、下降、旋转等动作，让学生能直观感受实验对象的运动。给出了实时运动轨迹曲线，极大方便了学生的系统分析。

3、实验内容

1）系统认知实验

进入“系统认知实验”模块，系统会展示某无人机的模型，学生拖动下方的进度条可以查看无人机的结构爆炸图。点击无人机各个部件，系统会对无人机各个部件进行详细介绍。

2）固定翼飞行器控制实验

进入“固定翼飞行器控制实验”模块，学生首先通过无人机PID及ADRC控制系统介绍，了解无人机PID及ADRC控制系统的系统组成、控制原理、系统特点，并根据系统弹出的任务介绍，按要求设定目标值，通过观察曲线的变化情况以及三维模型中无人机的实时姿态角，了解参数的控制效果并优化参数。

3）无人机协同编队实验

进入“无人机协同编队实验”模块，学生可以选择无人机编队队形并设置相关参数，系统后台会根据学生设置的参数以及算法计算出所有无人机的飞行轨迹，并展示出所有飞机的运行轨迹并显示全程轨迹路线，帮助学生探索不同类型协同编队控制系统中各参数对编队形成的影响规律。

4、支撑课程

控制系统仿真、自动控制原理、飞行器控制、无人机编队控制、机器人学等课程。

四、结语

在当今科技飞速发展的时代浪潮中，无人机控制及协同编队技术正迅速成为低空经济领域的一大亮点，同时也成为众多院校竞相探索的教育热点。

北京象新力正积极探索更多低空经济应用场景，开发“无人机电力巡检虚拟仿真实验”、“无人机控制虚拟仿真实验”、“固定翼飞行器控制及协同编队虚拟仿真实验软件”等一系列低空飞行器虚拟仿真软件，帮助院校培养低空经济相关的高素质专业人才。