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🔥 内容介绍

本文针对显式执行器约束下的无人机三维路径跟随制导问题开展研究。与传统方法假设控制输入无界、或是仅通过启发式经验方式处理饱和问题的思路完全不同，本方法将有界侧向加速度直接嵌入制导律的设计过程中。

研究基于嵌套饱和控制技术构建了一套非线性制导框架，所提出的制导策略既可以保证控制输入始终处于有界范围内，同时又能实现跨轨误差指数级收敛到零。该算法的数学形式适用于所有通用光滑路径，并且通过路径切线坐标系框架，完成了从二维平面场景到三维空间场景的系统性扩展。

研究基于李雅普诺夫理论完成了严格的稳定性分析，从理论层面证明了闭环系统的收敛特性与可行域性质。针对直线、圆形、正弦曲线等典型路径开展的数值仿真结果表明，与现有制导律相比，该方法实现了更优异的跟踪性能、更低的控制量消耗，同时具备更强的抗扰动鲁棒性。

除此之外，基于树莓派4B硬件开展的处理器在环实验，进一步验证了该制导策略的实时可实现性与计算效率优势。

核心技术要点深度解读

1. ‌核心创新定位‌：该研究最核心的突破点，是从设计源头就把执行器物理饱和约束作为硬条件嵌入制导律推导，而不是像传统方案那样先设计无约束制导律，后续再通过裁剪限幅的经验方式处理饱和。这种原生带约束的设计从根源上避免了传统方法在大偏差场景下极易出现的积分 windup 失控问题。

2. ‌嵌套饱和技术优势‌：采用嵌套饱和控制架构，让侧向加速度指令随着跨轨误差的缩小自动平滑降速，既保证大偏差下的快速收敛能力，又能在接近路径时自然避免控制量反复饱和震荡，最终实现跨轨误差的指数级收敛，远优于传统制导律只能保证渐近收敛的性能。

3. ‌三维扩展方法‌：通过路径切线局部坐标系，把三维空间中的任意复杂光滑路径拆解为局部切向、法向、副法向三个正交维度的独立控制子问题，不需要对路径形状做任何直线/圆弧的特殊限制，适配任意复杂三维航迹的跟随场景。

4. ‌工程落地性亮点‌：不同于绝大多数仅停留在数值仿真层面的理论研究，该工作直接在机载级低算力硬件树莓派4B上完成了处理器在环验证，证明算法的单步计算耗时完全可以满足无人机高实时性飞控的运行要求，具备极高的工程转化价值。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

Path-following guidance for unmanned aerial vehicle with bounded lateral accelerationAerospace Science and Technology, Volume 177, 2026, Article 112883

DOI:https://doi.org/10.1016/j.ast.2026.112883

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