發(fā)布時間：2020-03-26 03:25

【摘要】：多智能體系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的一組交互式智能系統(tǒng),通過多智能體技術(shù)可以解決個別系統(tǒng)難以或者不能解決的問題。通過多智能體系統(tǒng)可以對飛行控制系統(tǒng)的協(xié)同控制、編隊控制等問題進(jìn)行研究。飛行控制系統(tǒng)是無人機的核心,其可靠性是保證無人機安全飛行的基礎(chǔ),而在實際飛行過程中,飛行控制系統(tǒng)受到其運行環(huán)境的影響,系統(tǒng)中難免會發(fā)生故障。本文旨在飛行控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下,以多智能體技術(shù)為基礎(chǔ),設(shè)計有效的容錯控制策略,保證在故障條件下飛行器仍能實現(xiàn)協(xié)同飛行。首先,本文從課題的研究背景和意義出發(fā),對容錯控制的基本知識和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡單地闡述,并概述了多智能體技術(shù)和多智能體容錯控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀。簡單介紹了本文所采用的飛行器系統(tǒng)模型,并給出了相應(yīng)的坐標(biāo)系和坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。其次,針對無向拓?fù)湟饬x下的多智能體系統(tǒng),研究其有限時間協(xié)同容錯控制。在考慮多智能體系統(tǒng)中個別節(jié)點存在執(zhí)行器故障的前提下,研究基于有限時間技術(shù)的多智能體協(xié)同容錯控制策略。首先在多智能體系統(tǒng)中設(shè)置一個領(lǐng)導(dǎo)者,跟隨者則利用相鄰節(jié)點的信息來設(shè)計控制器,使系統(tǒng)能夠在出現(xiàn)故障時刻起的規(guī)定時間內(nèi)實現(xiàn)協(xié)同容錯控制。通過圖論中相關(guān)的知識,將每個節(jié)點的動態(tài)整合成全局誤差方程,并進(jìn)行理論驗證。該方法克服了非有限時間閉環(huán)控制系統(tǒng)存在的缺陷,提高了多智能體系統(tǒng)的魯棒性和抗擾動性。再次,根據(jù)多智能體技術(shù)進(jìn)一步研究四旋翼飛行器的編隊容錯控制問題。將四旋翼飛行器模型分為位置子系統(tǒng)和姿態(tài)子系統(tǒng)兩部分,針對位置子系統(tǒng),利用相鄰飛行器的信息來構(gòu)建相應(yīng)的參考編隊控制器,根據(jù)其參考值計算出姿態(tài)子系統(tǒng)所需要得到的期望跟蹤值�？紤]姿態(tài)子系統(tǒng)中發(fā)生執(zhí)行器故障,基于自適應(yīng)機制和邊界層理論構(gòu)建容錯控制方案,使得姿態(tài)子系統(tǒng)可以在發(fā)生故障的情況下實現(xiàn)跟蹤控制。最后,進(jìn)一步考慮四旋翼飛行器位置子系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的外部干擾�；谥鲃尤蒎e控制的方法進(jìn)行編隊控制研究,利用狀態(tài)觀測器的輸出信息來設(shè)計控制器,并通過快速自適應(yīng)故障觀測器的信息來進(jìn)行故障補償。在保證H_∞性能的前提下對編隊誤差的收斂性進(jìn)行研究,理論結(jié)果證明了多智能體系統(tǒng)的編隊誤差可以在上述的條件下漸進(jìn)收斂,且快速自適應(yīng)故障觀測器可以準(zhǔn)確的預(yù)估出故障的實際值。
【圖文】：

現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，最后將對多智能體系統(tǒng)和容錯控制領(lǐng)域結(jié)合的現(xiàn)有理論成果進(jìn)行介紹。1.3.1 多智能體系統(tǒng)研究現(xiàn)狀多智能體系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為了人工智能領(lǐng)域的一項前沿課題，它可以被用來研究自然界中的一些群體行為，在機器人集群、無人機編隊等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，從事與自動控制、計算機和人工智能等領(lǐng)域的專家學(xué)者對此投入了足夠的重視。如圖 1.1 為南京航空航天大學(xué)飛行器制造專業(yè)畢業(yè)生帶領(lǐng)團隊進(jìn)行的無人機表演，無人機伴隨著燈光精準(zhǔn)的排列成各種圖案。多智能體系統(tǒng)的概念最初起源于自然環(huán)境中的生物活動，，通過觀察生物個體的群體現(xiàn)象，慢慢衍生出了集群的概念。自然界中不同生物個體之間通過一些簡單的規(guī)則展現(xiàn)出令人奇特的群體行為，例如鳥在遷徙過程中所展現(xiàn)出的多變的隊形、魚群通過收集周圍環(huán)境的信息以群體的形式在海中移動和螞蟻通過簡單的任務(wù)規(guī)劃找到最佳路徑等，這些生物個體之間通過獨特的信息傳遞方式，以達(dá)到相互合作的狀態(tài)。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了個人層面，這樣的群體合作行為往往能夠完成個體無法單獨完成的目標(biāo)，于是便衍生除了多智能體系統(tǒng)的概念：由多個智能體組成，目標(biāo)是將復(fù)雜的系統(tǒng)建設(shè)成更小的、彼此相互通信、協(xié)調(diào)的，易于管理的系統(tǒng)。

翼飛行器在三維空間上的動力學(xué)特性進(jìn)行簡單介紹，為之后的來將對飛行器研究中常用的地面坐標(biāo)系、機體坐標(biāo)系進(jìn)行介紹運行原理，給出四旋翼飛行器在三維坐標(biāo)系下的六自由度數(shù)學(xué)行器機理分析的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類眾多，按照其結(jié)構(gòu)不同可以劃分為兩類：“”字型四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)圖，圖 2.2 為“+”字型四旋翼飛行+”型四旋翼飛行器進(jìn)行研究。如圖 2.1 所示，四旋翼飛行器的的末端，這里分別為四個螺旋槳編號為{1,2,3,4}，其中 1 號槳轉(zhuǎn)方向相同。以 1 號槳與 2 號之間的連線為機體坐標(biāo)系 x 軸，體坐標(biāo)系 y 軸，沿垂直機體平面向下方向為機體坐標(biāo)系 z 軸。 2 號螺旋槳以順時針的方向旋轉(zhuǎn)，3 號和 4 號螺旋槳以逆時針的翼飛行器，“x”型四旋翼飛行的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，但在控制精度
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V249.1;TP18;TP13

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本文編號：2600879