【摘要】：四旋翼飛行器編隊在軍事民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,本文研究四旋翼飛行器編隊的方法,主要包括四旋翼飛行器系統(tǒng)信息估計與控制、隊形保持與跟蹤和隊形變換控制,以及編隊控制系統(tǒng)軟硬件平臺搭建并完成編隊實驗驗證。論文的主要工作如下:首先,給出空間坐標(biāo)系定義和轉(zhuǎn)換關(guān)系;建立四旋翼飛行器動力學(xué)模型并給出帶有不平衡負(fù)載的飛行器控制問題的數(shù)學(xué)描述;建立信息流模型并給出編隊控制問題的數(shù)學(xué)描述。其次,研究四旋翼飛行器系統(tǒng)信息融合估計和控制問題。分析姿態(tài)傳感器和測高傳感器的噪聲特性,考慮環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計了融合濾波算法;針對不平衡負(fù)載產(chǎn)生的重心偏移問題,給出重心位置實時辨識方法,并設(shè)計基于重心偏移補(bǔ)償?shù)奈恢每刂破骱妥藨B(tài)控制器。再次,設(shè)計基于信息一致性的分布式隊形保持與跟蹤控制算法。根據(jù)信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計一致性隊形保持控制形式,并證明閉環(huán)編隊控制系統(tǒng)在通信延遲條件下的收斂性;提出基于人工勢場法設(shè)計隊形保持與跟蹤控制設(shè)計方法;仿真結(jié)果說明了該算法的可行性和有效性。然后,研究編隊隊形變換中的路徑規(guī)劃算法,將該問題分解為協(xié)同目標(biāo)分配和同時軌跡規(guī)劃問題。提出多目標(biāo)分配問題的優(yōu)化指標(biāo),并給出基于遺傳算法的目標(biāo)分配方法;提出基于多約束優(yōu)化的全局時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃方法;提出基于動態(tài)窗口采樣的局部軌跡規(guī)劃方法;提出全局和局部相結(jié)合的隊形變換軌跡規(guī)劃策略;仿真結(jié)果說明了隊形變換軌跡規(guī)劃算法的可行性和有效性。最后,搭建編隊實驗驗證平臺并完成算法實現(xiàn)。搭建了編隊控制實驗的軟硬件平臺;設(shè)計了四旋翼飛行器軌跡跟蹤控制、隊形保持控制和隊形變換控制實驗,實驗結(jié)果和分析說明了所提出算法的可行性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V249.1
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文速度完成隊形變換。(4) 考慮隊形保持中的通信約束，即在隊形保持控制過程中根據(jù)需求合理設(shè)計系統(tǒng)的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，緩解了大規(guī)模集群無人機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)壓力，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和應(yīng)用范圍。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r1.2.1 四旋翼無人機(jī)編隊發(fā)展?fàn)顩r編隊控制技術(shù)最早應(yīng)用于衛(wèi)星的協(xié)同覆蓋，從而減小衛(wèi)星工作的成本，早在 21 世紀(jì)初，就被美國 NASA 評為未來軍事領(lǐng)域的核心技術(shù)。隨著四旋翼無人機(jī)不斷發(fā)展成熟，其協(xié)同編隊也應(yīng)運(yùn)而生，近年來，四旋翼無人機(jī)協(xié)同編隊是世界范圍內(nèi)對學(xué)術(shù)團(tuán)體很有吸引力的課題，并發(fā)展迅速[2]。圖 1-1 為無人機(jī)協(xié)同編隊的學(xué)術(shù)發(fā)展趨勢。

圖 1-2 賓夕法尼亞大學(xué)無人機(jī)編隊實驗蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院專注于將四旋翼無人機(jī)集群編隊?wèi)?yīng)用于協(xié)同運(yùn)輸任務(wù)中，圖 1-3 中的“Flying Machine Arena”項目中，通過多個飛行器的協(xié)作開展了靈活的協(xié)同運(yùn)輸任務(wù)[9]，此外，該團(tuán)隊也成功將合作無人機(jī)應(yīng)用于協(xié)同建造任務(wù)中[10]，值得注意的是，該團(tuán)隊對無人機(jī)的協(xié)同編隊控制研究仍然采用集中式控制策略。圖 1-3“Flying Machine Arena”編隊項目

【參考文獻(xiàn)】

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3 李少斌;陳炎財;楊忠;黃宵寧;楊成順;;具有通信延遲的多無人機(jī)編隊飛行控制[J];信息與控制;2012年02期

4 鄧婉;王新民;王曉燕;肖亞輝;;無人機(jī)編隊隊形保持變換控制器設(shè)計[J];計算機(jī)仿真;2011年10期

5 周煒;魏瑞軒;董志興;;基于層次分解策略無人機(jī)編隊避障方法[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2009年05期

6 王銳;宋科璞;車軍;;基于分散式RHC算法的無人機(jī)編隊碰撞避免研究[J];航空計算技術(shù);2008年03期

本文編號：2732879