本文關(guān)鍵詞：海上無(wú)人機(jī)協(xié)同編隊(duì)飛行控制技術(shù)研究

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【摘要】：多無(wú)人機(jī)協(xié)同編隊(duì)飛行(Cooperative Formation Flight,簡(jiǎn)稱(chēng)“CFF”)在軍事和民用領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景,它已經(jīng)成為近年來(lái)無(wú)人機(jī)技術(shù)研究中的核心方向,使得世界各國(guó)特別是世界上的先進(jìn)大國(guó)越來(lái)越重視和關(guān)注其的發(fā)展。本文以無(wú)人機(jī)為研究背景,著重研究了海上無(wú)人機(jī)協(xié)同編隊(duì)飛行控制問(wèn)題。首先,在單機(jī)模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)慣性坐標(biāo)軸系和編隊(duì)坐標(biāo)軸系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立了同一海平面內(nèi)的多無(wú)人機(jī)基本編隊(duì)飛行相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型。通過(guò)分析和研究海上威脅因素以及多無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行中的氣動(dòng)耦合效應(yīng)對(duì)編隊(duì)飛行控制的影響,建立了海上無(wú)人機(jī)緊密編隊(duì)飛行的完整運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。其次,針對(duì)建立的海上無(wú)人機(jī)緊密編隊(duì)飛行模型,設(shè)計(jì)了基于經(jīng)典控制理論的編隊(duì)飛行常規(guī)控制器。針對(duì)海上編隊(duì)飛行特點(diǎn),提出了一種化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法,并將其引入編隊(duì)飛行控系統(tǒng),設(shè)計(jì)了基于化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法的編隊(duì)飛行控制器。仿真結(jié)果驗(yàn)證了兩種控制器的有效性,并表明基于化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法的控制器在編隊(duì)飛行隊(duì)形保持和隊(duì)形變換的性能上更加優(yōu)越。最后,介紹了實(shí)驗(yàn)室研制的小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng),并詳細(xì)闡述了其海上編隊(duì)飛行子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和物理實(shí)現(xiàn),包括海上編隊(duì)飛行軟件設(shè)計(jì),環(huán)境和任務(wù)數(shù)據(jù)加載和驗(yàn)證等,進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的編隊(duì)飛行控制系統(tǒng)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)人機(jī) 協(xié)同編隊(duì) 飛行控制 化學(xué)反應(yīng)算法 隊(duì)形保持 隊(duì)形變換
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注釋表11-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-17
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.1.1 多無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用背景13-14
• 1.1.2 海上無(wú)人機(jī)應(yīng)用背景14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)14-15
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 第二章 海上無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模17-35
• 2.1 引言17
• 2.2 常用坐標(biāo)系及其之間的轉(zhuǎn)換17-18
• 2.2.1 常用坐標(biāo)系17
• 2.2.2 常用坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換17-18
• 2.3 海上無(wú)人機(jī)的數(shù)學(xué)模型18-21
• 2.4 海上無(wú)人機(jī)基本編隊(duì)飛行相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型21-22
• 2.5 海上無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行環(huán)境影響分析22-30
• 2.5.1 海上威脅源建模23-24
• 2.5.2 Biot-Savart定律24-25
• 2.5.3 基本馬蹄形渦流模型25
• 2.5.4 編隊(duì)飛行中渦的簡(jiǎn)化25-26
• 2.5.5 上洗流和側(cè)洗流分析26-27
• 2.5.6 編隊(duì)飛行氣動(dòng)力變化分析27-30
• 2.6 海上無(wú)人機(jī)緊密編隊(duì)飛行模型30-34
• 2.6.1 帶自動(dòng)駕駛儀的無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型30-31
• 2.6.2 海上無(wú)人機(jī)緊密編隊(duì)飛行的簡(jiǎn)單模型31-33
• 2.6.3 海上無(wú)人機(jī)緊密編隊(duì)飛行的完整模型33-34
• 2.7 本章小結(jié)34-35
• 第三章 緊密編隊(duì)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)35-53
• 3.1 引言35
• 3.2 緊密編隊(duì)飛行控制系統(tǒng)原理35-36
• 3.3 編隊(duì)飛行控制策略36-37
• 3.4 編隊(duì)飛行常規(guī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)37-40
• 3.4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)37-38
• 3.4.2 編隊(duì)飛行控制律的設(shè)計(jì)38-40
• 3.5 化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法40-46
• 3.5.1 CRO算法概述與特點(diǎn)40-41
• 3.5.2 CRO算法的基本原理41-46
• 3.5.3 CRO算法參數(shù)和約束條件46
• 3.6 基于CRO的編隊(duì)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)46-51
• 3.6.1 基于CRO的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)47-48
• 3.6.2 基于CRO的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-51
• 3.7 本章小結(jié)51-53
• 第四章 編隊(duì)飛行控制系統(tǒng)仿真及分析53-59
• 4.1 引言53
• 4.2 仿真參數(shù)確定53
• 4.2.1 編隊(duì)飛行常規(guī)控制系統(tǒng)參數(shù)確定53
• 4.2.2 基于CRO的編隊(duì)飛行控制系統(tǒng)參數(shù)確定53
• 4.3 仿真結(jié)果與分析53-58
• 4.3.1 兩種編隊(duì)飛行控制器比較53-55
• 4.3.2 編隊(duì)隊(duì)形保持仿真55-56
• 4.3.3 編隊(duì)隊(duì)形變換仿真56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第五章 小型無(wú)人機(jī)海上編隊(duì)飛行實(shí)現(xiàn)59-70
• 5.1 引言59
• 5.2 小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)59-64
• 5.2.1 機(jī)載飛控系統(tǒng)60
• 5.2.2 地面測(cè)控系統(tǒng)60-63
• 5.2.3 伺服系統(tǒng)63
• 5.2.4 傳感器系統(tǒng)63-64
• 5.3 無(wú)人機(jī)海上編隊(duì)飛行子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)64-69
• 5.3.1 海上編隊(duì)飛行軟件設(shè)計(jì)64-65
• 5.3.2 海上編隊(duì)飛行環(huán)境信息設(shè)定65-66
• 5.3.3 海上編隊(duì)飛行任務(wù)信息設(shè)定66-67
• 5.3.4 海上編隊(duì)飛行數(shù)據(jù)加載67
• 5.3.5 海上編隊(duì)飛行的驗(yàn)證67-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 本文工作總結(jié)與創(chuàng)新70
• 6.2 進(jìn)一步的工作展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76-77
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77

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本文編號(hào)：817636