近年來(lái),學(xué)術(shù)界關(guān)于四旋翼無(wú)人飛行器的研究十分廣泛。它因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)而被大量應(yīng)用于災(zāi)難救援、軍事偵察、快遞運(yùn)輸、航空攝影等領(lǐng)域。然而隨著研究的不斷深入,單架四旋翼無(wú)人飛行器載荷有限和執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的容錯(cuò)能力不足等缺陷也日益顯現(xiàn)。因而,多架四旋翼無(wú)人飛行器編隊(duì)協(xié)作執(zhí)行任務(wù)逐漸成為學(xué)者們研究的重點(diǎn)。本文以多架四旋翼無(wú)人飛行器系統(tǒng)作為研究對(duì)象,對(duì)該系統(tǒng)的姿態(tài)協(xié)同、編隊(duì)飛行和飛行中避碰及通訊保持等問(wèn)題進(jìn)行了研究。本文首先闡述了四旋翼無(wú)人飛行器編隊(duì)的背景、研究現(xiàn)狀和研究意義,并對(duì)其結(jié)構(gòu)和飛行原理進(jìn)行了分析。然后,基于雙閉環(huán)控制的思想,建立了四旋翼無(wú)人飛行器系統(tǒng)模型,將其分為位置子系統(tǒng)和姿態(tài)子系統(tǒng)�；谠摂�(shù)學(xué)模型,分別研究了多四旋翼飛行器姿態(tài)協(xié)同和位置編隊(duì)控制問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō),對(duì)于四旋翼飛行器的姿態(tài)子系統(tǒng),首先設(shè)計(jì)了多四旋翼飛行器姿態(tài)協(xié)同控制器,實(shí)現(xiàn)多個(gè)四旋翼飛行器姿態(tài)同步。然后,基于齊次性理論,提出了一種有限時(shí)間姿態(tài)協(xié)同控制律,使得多個(gè)四旋翼無(wú)人飛行器系統(tǒng)的姿態(tài)可以在有限時(shí)間內(nèi)達(dá)到同步。然后,針對(duì)四旋翼的位置和姿態(tài)子系統(tǒng),基于比例微分控制和通訊拓?fù)鋱D理論,分別提出了分布式位置編隊(duì)控制策略和... 

【文章來(lái)源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：75 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

動(dòng)物界的群體行為

合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2能最大化，同時(shí)提高了執(zhí)行任務(wù)的效率和成功率。因此，四旋翼無(wú)人飛行器的編隊(duì)控制受到了越來(lái)越多的學(xué)者們的關(guān)注[10-13]。(a)無(wú)人機(jī)(b)四旋翼無(wú)人飛行器圖1.2無(wú)人機(jī)與四旋翼無(wú)人飛行器Fig1.2UAVandquadrotorUAV本文主要研究多四旋翼無(wú)人飛行器編隊(duì)控制，這種控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用中需要解決很多問(wèn)題：對(duì)于單架四旋翼無(wú)人飛行器，要解決的是飛行控制、數(shù)據(jù)通訊和姿態(tài)解算等問(wèn)題；而對(duì)于多架四旋翼無(wú)人飛行器，還要解決編隊(duì)隊(duì)形控制、編隊(duì)路徑規(guī)劃、編隊(duì)通訊保持和避碰等問(wèn)題。對(duì)多四旋翼無(wú)人飛行器編隊(duì)控制的研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)踐意義，但多飛行器系統(tǒng)本身較為復(fù)雜、且與多種學(xué)科領(lǐng)域交叉，因此，該研究是充滿困難的。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1四旋翼無(wú)人飛行器編隊(duì)發(fā)展現(xiàn)狀早在20世紀(jì)初，四旋翼無(wú)人飛行器就已問(wèn)世，早期的飛行器由于缺少基本的控制系統(tǒng)，只有單一的機(jī)械動(dòng)力裝置，所以飛行器的穩(wěn)定性較差[14]。在之后的幾十年，由于缺乏飛控理論支撐，飛行器的發(fā)展較為緩慢。直到20世紀(jì)50年代，澳大利亞學(xué)者Draganflye和Mckerrow完成了四旋翼無(wú)人飛行器的數(shù)學(xué)建模[15]，四旋翼無(wú)人飛行器的研究進(jìn)入了飛行控制時(shí)代，隨著越來(lái)越多的學(xué)者加入到四旋翼飛控算法的研究中，關(guān)于四旋翼飛控的理論成果也越來(lái)越豐富。隨著現(xiàn)代科技水平的飛速發(fā)展，特別是微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和微處理器（MCU）的迅猛發(fā)展，使得四旋翼飛行器具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。近十年來(lái)，飛行器的硬件結(jié)構(gòu)和性能的全面優(yōu)化，四旋翼飛行器引起了廣泛關(guān)注，飛控系統(tǒng)的研究得到了空前發(fā)展，飛控理論算法和應(yīng)用越來(lái)越成熟，研究方向也轉(zhuǎn)向智能化和實(shí)用化發(fā)展。在單個(gè)四旋翼無(wú)人飛行器控制的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的深入研究，多四旋翼系統(tǒng)

第一章緒論3的場(chǎng)景中。如圖1.3所示，賓夕法尼亞大學(xué)Vijay和他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)觀察總結(jié)了三個(gè)重要的自然協(xié)作工作的原理：獨(dú)立自主、臨近感知、匿名。同時(shí)在此基礎(chǔ)上發(fā)明了飛行器矩陣（SWARMS），每臺(tái)飛行器都可以不受中央系統(tǒng)控制在此矩陣中獨(dú)立完成任務(wù)，僅根據(jù)旁邊飛行器的反應(yīng)就可以快速作出調(diào)整[16]。值得注意的是，該團(tuán)隊(duì)對(duì)于飛行器編隊(duì)采用的是分布式控制策略。圖1.3賓夕法尼亞大學(xué)SWARMS無(wú)人機(jī)矩陣Fig1.3UniversityofPennsylvaniaswarmsUAVmatrix蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的RaffaelloD"Andrea教授一直專(zhuān)注于四旋翼無(wú)人飛行器編隊(duì)協(xié)同控制，基于集中式控制策略，完成了多四旋翼無(wú)人飛行器組裝建筑、多四旋翼飛行器架吊橋等有意義的編隊(duì)控制實(shí)驗(yàn)[17-19]。如圖1.4是Raffaello教授在TED演講臺(tái)上展示三個(gè)四旋翼無(wú)人飛行器合作投球與接球的實(shí)驗(yàn)。圖1.4蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院四旋翼無(wú)人飛行器投球與接球Fig1.4ETHcooperativequadrotorballthrowingandcatching

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]多UAV協(xié)同任務(wù)資源分配與編隊(duì)軌跡優(yōu)化方法研究[D]. 李遠(yuǎn).國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011



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