【摘要】：無(wú)人機(jī)(unmanned aerial vehicle,UAV)具有體積小、使用方便、戰(zhàn)場(chǎng)生存能力強(qiáng)的特點(diǎn),對(duì)未來(lái)空戰(zhàn)有重要意義。在民用方面也有著廣泛的應(yīng)用,如快遞運(yùn)輸、航空拍照、交通巡邏等,發(fā)達(dá)國(guó)家也在積極擴(kuò)展行業(yè)應(yīng)用于發(fā)展無(wú)人機(jī)技術(shù)。多無(wú)人機(jī)的群集行為研究受到了廣泛關(guān)注,其中姿態(tài)同步控制是實(shí)現(xiàn)群集行為的基礎(chǔ)。一般情況下,通常使用陀螺儀來(lái)測(cè)量無(wú)人機(jī)的角速度,但是陀螺儀經(jīng)濟(jì)成本高且容易失效,造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)上的負(fù)擔(dān),帶來(lái)了安全方面的不可控因素,因此,無(wú)角速度測(cè)量方案近年來(lái)成為了研究熱點(diǎn)。本文在綜述現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,分析了目前多無(wú)人機(jī)姿態(tài)同步控制研究中存在的不足,進(jìn)一步針對(duì)一些關(guān)鍵問(wèn)題展開研究,全文內(nèi)容概括如下:研究了隨機(jī)時(shí)延下無(wú)角速度測(cè)量的無(wú)人機(jī)群姿態(tài)同步。在無(wú)人機(jī)群團(tuán)隊(duì)成員間進(jìn)行信息交互過(guò)程中,信息傳輸時(shí)延是不可避免的,考慮信息傳輸時(shí)延隨機(jī)發(fā)生的情況,采用Bernoulli隨機(jī)分布描述時(shí)延的隨機(jī)發(fā)生,提出了無(wú)角速度測(cè)量下無(wú)人機(jī)的姿態(tài)同步設(shè)計(jì)方案�？紤]到不用角速度作為反饋量,使用基于虛擬系統(tǒng)的方法進(jìn)行處理,為群中每個(gè)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬系統(tǒng),為各個(gè)無(wú)人機(jī)生成一個(gè)中間姿態(tài)參考軌跡,將無(wú)人機(jī)與之相關(guān)聯(lián),設(shè)計(jì)控制輸入,使得各個(gè)無(wú)人機(jī)跟蹤其相應(yīng)的虛擬系統(tǒng),同時(shí)所有虛擬系統(tǒng)同步它們的姿態(tài)。實(shí)現(xiàn)隨機(jī)時(shí)延下無(wú)角速度測(cè)量的無(wú)人機(jī)無(wú)主式和主從式姿態(tài)同步。研究了事件觸發(fā)機(jī)制下無(wú)角速度測(cè)量的無(wú)人機(jī)群姿態(tài)同步�？紤]了無(wú)人機(jī)信息傳輸過(guò)程中周期采樣使網(wǎng)絡(luò)通信壓力急劇增大,造成信息傳輸延時(shí)和丟包等情況,基于事件觸發(fā)機(jī)制,提出了無(wú)角速度測(cè)量下無(wú)人機(jī)的姿態(tài)同步設(shè)計(jì)方案。為每個(gè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)事件觸發(fā)條件,每個(gè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的信息將僅在觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送,大幅度降低網(wǎng)絡(luò)通信壓力。考慮到不用角速度作為反饋量,使用基于虛擬系統(tǒng)的方法進(jìn)行處理。通過(guò)設(shè)計(jì)虛擬角速度中無(wú)人機(jī)系統(tǒng)間觸發(fā)時(shí)刻的姿態(tài)誤差和輸入力矩,實(shí)現(xiàn)事件觸發(fā)機(jī)制下無(wú)角速度測(cè)量的無(wú)人機(jī)無(wú)主式和主從式姿態(tài)同步。研究了干擾力矩存在下的無(wú)角速度測(cè)量的無(wú)人機(jī)群姿態(tài)同步。在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中容易受到外界氣流等干擾影響,出現(xiàn)飛行軌跡偏移等現(xiàn)象。通過(guò)設(shè)計(jì)干擾力矩和輸入力矩,采用虛擬系統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)免角速度測(cè)量,在存在干擾力矩和隨機(jī)時(shí)延的情況下,保證了控制器的有效性和穩(wěn)定性,提高了無(wú)人機(jī)地抗干擾性和穩(wěn)健性,實(shí)現(xiàn)了無(wú)角速度測(cè)量的無(wú)人機(jī)無(wú)主式和主從式姿態(tài)同步。最后對(duì)全文內(nèi)容進(jìn)行總結(jié),并對(duì)相關(guān)研究方向的進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)行了展望。
【圖文】：

如雁群、魚群、馬群等生物群體現(xiàn)象的探索，圖1.1 所示，集群行為在很多方面利于個(gè)體成員的行動(dòng)和生產(chǎn)。因此，這激發(fā)了研究者們對(duì)自主式運(yùn)載工具的研究興趣，從生物學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等各個(gè)角度對(duì)生物群體進(jìn)行研究，抽象轉(zhuǎn)化成運(yùn)動(dòng)模型并總結(jié)其基本控制規(guī)律。圖 1.1 鳥群無(wú)人機(jī)（unmanned aerial vehicle，UAV）是無(wú)人駕駛飛機(jī)的簡(jiǎn)稱，是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機(jī)，包括無(wú)人直升機(jī)、固定翼機(jī)、多旋翼飛行器、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)等。從某種角度來(lái)看，無(wú)人機(jī)可以在無(wú)人駕駛的條件下完成復(fù)雜空中飛行任務(wù)和各種負(fù)載任務(wù)，可以被看做是 “空中機(jī)器人”。具有體積小、使用方便、戰(zhàn)場(chǎng)生存能力強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)未來(lái)空戰(zhàn)有重要意義。在民用方面也有著廣泛的應(yīng)用，如快遞運(yùn)輸、航空拍照、交通巡邏、目標(biāo)跟蹤和監(jiān)視應(yīng)用等。例如：一種小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)（UAS），能夠在封閉的工業(yè)環(huán)境中執(zhí)行檢查任務(wù)。具有這種在危險(xiǎn)情形下執(zhí)行任務(wù)能力的車輛有可能減少人員對(duì)危險(xiǎn)任務(wù)的參與，并可以最大限度地減少設(shè)施停運(yùn)期[1]。多無(wú)人機(jī)的群集行為研究受到了廣泛關(guān)注，其中姿態(tài)同步控制是實(shí)現(xiàn)群集行為的基礎(chǔ)[2]，同時(shí)，無(wú)人機(jī)的姿態(tài)同步對(duì)于無(wú)人機(jī)編隊(duì)、無(wú)人機(jī)集群任務(wù)?

圖 1.2 無(wú)人機(jī)姿態(tài)同步工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)開始向智能化、終端機(jī)機(jī)身大量裝配的各種傳感器，包括 GPS、陀螺儀、指南置、加速度等。而用于測(cè)量角速度的陀螺儀或者其他速度到經(jīng)濟(jì)成本和系統(tǒng)重量、安全隱患等原因，，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇。免速度測(cè)量方案慢慢地進(jìn)入了人們地視野，無(wú)人機(jī)研究課題。現(xiàn)狀機(jī)系統(tǒng)及多剛體的姿態(tài)同步研究已經(jīng)取得了一定的成果。紹，并分析目前研究工作地不足之處。中考慮了飛行器的協(xié)調(diào)和控制問(wèn)題，基于近鄰鄰域跟蹤，
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V279;V249.1

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