【摘要】：在過去的十年里,四旋翼無人機不管是在科研方面還是在商業(yè)方面都吸引了無數(shù)眼球。尤其是近幾年來,隨著四旋翼無人機的控制技術的越來越成熟和多智能體系統(tǒng)控制的快速發(fā)展,群體系統(tǒng)編隊的應用前景越來越廣泛。四旋翼無人機在山區(qū)、沼澤地等復雜環(huán)境中編隊任務方面,其比固定翼無人機和地面機器人等具有高效率、低成本等優(yōu)勢。因此無論是科研機構還是商業(yè)公司都開始研究四旋翼無人機編隊控制策略。本文的主要研究工作包含以下幾個方面:(1)設計了一種具有虛擬領導者的四旋翼無人機的蜂擁最優(yōu)可持續(xù)性編隊控制算法。首先,在無向通信拓撲下,利用速度一致性算法、人工勢函數(shù)梯度和引導反饋項計算的方法,實現(xiàn)有虛擬領導者的四旋翼無人機的蜂擁編隊控制。然后,考慮到無向通信拓撲通訊難度高以及噪聲大的缺點,在實現(xiàn)上述的蜂擁編隊后,將無向通信拓撲變?yōu)樽顑?yōu)可持續(xù)性有向通信拓撲,從而實現(xiàn)最優(yōu)可持續(xù)性編隊。最后,通過matlab數(shù)值仿真和Gazebo 3D仿真證明了編隊控制算法的可行性和有效性。(2)針對具有一個領導者的四旋翼無人機系統(tǒng),本文設計了編隊控制策略。其中跟隨者的狀態(tài)按照預先設定的目標函數(shù),同時跟蹤領導者的狀態(tài)。首先介紹了四旋翼無人機動力學模型,對四旋翼無人機編隊控制系統(tǒng)進行描述。隨后基于相鄰四旋翼無人機的相對信息提出了具有一個領導者的編隊控制協(xié)議,并結合給出的動力學模型證明了編隊控制協(xié)議的理論的正確性。最后給出了 matlab數(shù)值仿真結果和Gazebo 3D仿真實驗結果。(3)本文研究了具有切換通信拓撲的三機編隊控制問題,并設計了編隊控制算法。結合基于圖論的編隊可行性約束,提出了具有切換通信拓撲的四旋翼無人機系統(tǒng)實現(xiàn)編隊的充分必要條件。通過求解代數(shù)Riccati方程,提出了一種設計編隊控制協(xié)議的方法,并利用常用的Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了該方法的穩(wěn)定性。所得結論可以用于解決四旋翼無人機集群系統(tǒng)編隊飛行時目標聚合問題。最后,通過matlab數(shù)值仿真和Gazebo 3D仿真實驗證明了編隊控制協(xié)議的有效性和可行性。(4)本文引入了自主機器人3D仿真環(huán)境Gazebo,并開發(fā)了基于Gazebo和Pixhawk的四旋翼無人機編隊3D仿真平臺。通過該平臺可以更加直觀的展現(xiàn)四旋翼無人機編隊飛行,仿真結果更真實可靠和便于后續(xù)研究分析。
【圖文】：

交互的任何可控系統(tǒng)，例如無人機（ＵＡＶ），移動傳感器網(wǎng)絡中的傳感器、導彈或機器逡逑人等。智能體有廣泛的應用，這是研宄ＭＡＳ的另一個關鍵原因，類似的技術和理論可逡逑用于研究各種智能體網(wǎng)絡。ＭＡＳ的概述可以在Ｗ和其中的參考文獻中找到。如圖１．１，逡逑多智能體編隊控制廣泛用于機器人快遞分揀、多無人機集群作戰(zhàn)、無人機協(xié)同加油、自逡逑主衛(wèi)星編隊ｗ和自主水下航行器等領域。逡逑＂■Ｐｉ邋－－逡逑Ｂｊ＾＾ｉ邋：逡逑ＨｈＩＩ逡逑圖１．１多智能體控制的實際應用逡逑近年來，對客智能休系統(tǒng)的協(xié)Ｍ控制的研究方叫很多種，例如一致性控制編隊逡逑Ｉ逡逑

杭州電子科技大學碩士學位論文逡逑：？逡逑圖２．７四旋翼無人機ｚ’及其領域＃，的幾何表示逡逑定義２．６人工勢函數(shù)是對四旋翼無人機之間相互作用的評價函數(shù)，該函數(shù)只和位置有逡逑關，可以如下表示：逡逑（－）邋＝邋｛邋（Ｐ，，邋［ｓ￥ｓ邐（２．５）逡逑ｄａ逡逑引理２．５人工勢函數(shù)Ｉ的基本性質(zhì)如Ｆ：逡逑（１）當｜邋—邋0時，人工勢函數(shù)Ｋ的值為最大值；逡逑Ｃ２）當１＾１等于設定的期望值時，Ｌ的值為最小值。當滿足時，７／？的逡逑值一直是某個很小的正常數(shù)。逡逑（３）邋＆（３）的加入是為構造一個有有限個間斷點的光滑勢能函數(shù)，并且當滿足逡逑ＩＭＬ邋＞邋ＩＨＬ時其值是％⑴＝０的特性函數(shù)；逡逑２．５四旋翼無人機系統(tǒng)逡逑四旋翼無人機的模型如圖２．邋８所示：逡逑｜Ｔ＇逡逑－’邋ｄ逡逑圖２．８四旋

本文編號：2592385