本文關(guān)鍵詞：四旋翼無人機(jī)編隊(duì)巡航飛行控制方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著任務(wù)復(fù)雜度的提升,單個(gè)的UAV已經(jīng)不能滿足越來越多樣化的任務(wù)要求。多UAV系統(tǒng)在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生,并受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。其中,UAV編隊(duì)飛行控制問題是多UAV系統(tǒng)的一個(gè)重要研究方向。本文以四旋翼為研究對象,提出了一種基于編隊(duì)隊(duì)形保持和UAV軌跡跟蹤控制框架的控制策略,解決了UAV編隊(duì)巡航飛行控制問題。首先,本文基于“主-從”結(jié)構(gòu)編隊(duì)飛行模式,給出了具體的四旋翼UAV編隊(duì)飛行問題描述。為此,我們將編隊(duì)飛行問題分解為兩個(gè)子系統(tǒng),即上層UAV編隊(duì)隊(duì)形保持控制子系統(tǒng)和底層UAV軌跡跟蹤控制子系統(tǒng)。前者能夠維持編隊(duì)飛行過程中UAV的隊(duì)形結(jié)構(gòu)不變,后者能夠保證主、從機(jī)UAV實(shí)時(shí)跟蹤其期望軌跡。其次,結(jié)合PID和Backstepping方法設(shè)計(jì)了UAV編隊(duì)飛行過程中的隊(duì)形保持控制器。在僅考慮位置信息的情況下,根據(jù)主-從機(jī)UAV的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,分析確定了在編隊(duì)飛行過程中主-從機(jī)UAV的垂向相對位置通道與橫/縱向相對位置通道不存在耦合關(guān)系。分別采用PID控制和Backstepping方法,對主-從機(jī)UAV的垂向通道和橫/縱向通道設(shè)計(jì)其隊(duì)形保持控制器,獲得了編隊(duì)飛行過程中從機(jī)UAV為維持隊(duì)形結(jié)構(gòu)所需的期望速度指令信號(hào)。由此,將UAV編隊(duì)飛行問題在隊(duì)形保持的基礎(chǔ)上,轉(zhuǎn)化為底層單體UAV軌跡跟蹤控制問題。最后,針對四旋翼UAV的Euler-Lagrange模型,研究了底層UAV軌跡跟蹤控制問題。具體分析了飛行過程中UAV各狀態(tài)量的耦合性、欠驅(qū)動(dòng)性,建立了以姿態(tài)回路為內(nèi)回路,位置回路為外回路的雙回路控制結(jié)構(gòu)。并將UAV模型劃分為具有嚴(yán)格反饋形式的多通道控制結(jié)構(gòu):高度控制通道、偏航控制通道、滾轉(zhuǎn)控制通道和俯仰控制通道。采用積分Backstepping方法設(shè)計(jì)UAV軌跡跟蹤控制器,解決了編隊(duì)飛行過程中各UAV的指令跟蹤問題。以螺旋線和直線軌跡為例,對主-從機(jī)UAV三角形結(jié)構(gòu)編隊(duì)飛行過程進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證了基于隊(duì)形保持和UAV軌跡跟蹤控制框架的編隊(duì)飛行控制策略的有效性。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼UAV 編隊(duì)飛行控制 “主-從”編隊(duì)結(jié)構(gòu) 反步控制
【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】：2015
【分類號(hào)】：V249.12
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.3 主要內(nèi)容15-17
• 第2章 基于主-從結(jié)構(gòu)的UAV編隊(duì)飛行問題描述17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 UAV的模型建立17-24
• 2.2.1 坐標(biāo)選取與變換18
• 2.2.2 UAV的力與力矩生成機(jī)制18-20
• 2.2.3 UAV的數(shù)學(xué)模型20-24
• 2.3 UAV編隊(duì)飛行問題描述24-29
• 2.3.1“主-從”結(jié)構(gòu)UAV編隊(duì)隊(duì)形保持問題描述25-28
• 2.3.2 主、從機(jī)UAV軌跡跟蹤問題描述28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章UAV編隊(duì)隊(duì)形保持控制器設(shè)計(jì)30-49
• 3.1 引言30
• 3.2 反步法介紹30-34
• 3.3 UAV隊(duì)形保持控制器設(shè)計(jì)34-39
• 3.4 仿真結(jié)果分析39-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第4章UAV軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)49-70
• 4.1 引言49
• 4.2 UAV軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)49-55
• 4.2.1 位置跟蹤控制器設(shè)計(jì)51-53
• 4.2.2 姿態(tài)跟蹤控制器設(shè)計(jì)53-55
• 4.3 仿真分析55-69
• 4.3.1 主機(jī)UAV軌跡跟蹤仿真56-59
• 4.3.2 UAV編隊(duì)飛行仿真59-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-71
• 參考文獻(xiàn)71-76
• 致謝76

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