發(fā)布時(shí)間：2020-06-28 09:59

【摘要】：四旋翼飛行器編隊(duì)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(duì)的方法,主要包括四旋翼飛行器系統(tǒng)信息估計(jì)與控制、隊(duì)形保持與跟蹤和隊(duì)形變換控制,以及編隊(duì)控制系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)搭建并完成編隊(duì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(dòng)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(duì)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(jì)和控制問題。分析姿態(tài)傳感器和測(cè)高傳感器的噪聲特性,考慮環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)了融合濾波算法;針對(duì)不平衡負(fù)載產(chǎn)生的重心偏移問題,給出重心位置實(shí)時(shí)辨識(shí)方法,并設(shè)計(jì)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(jì)基于信息一致性的分布式隊(duì)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(jì)一致性隊(duì)形保持控制形式,并證明閉環(huán)編隊(duì)控制系統(tǒng)在通信延遲條件下的收斂性;提出基于人工勢(shì)場(chǎng)法設(shè)計(jì)隊(duì)形保持與跟蹤控制設(shè)計(jì)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(duì)隊(duì)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(shí)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(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃方法;提出基于動(dòng)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(duì)形變換軌跡規(guī)劃策略;仿真結(jié)果說明了隊(duì)形變換軌跡規(guī)劃算法的可行性和有效性。最后,搭建編隊(duì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)并完成算法實(shí)現(xiàn)。搭建了編隊(duì)控制實(shí)驗(yàn)的軟硬件平臺(tái);設(shè)計(jì)了四旋翼飛行器軌跡跟蹤控制、隊(duì)形保持控制和隊(duì)形變換控制實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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(duì)形變換。(4) 考慮隊(duì)形保持中的通信約束，即在隊(duì)形保持控制過程中根據(jù)需求合理設(shè)計(jì)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(duì)發(fā)展?fàn)顩r編隊(duì)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(píng)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(duì)也應(yīng)運(yùn)而生，近年來，四旋翼無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)是世界范圍內(nèi)對(duì)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(duì)的學(xué)術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

圖 1-2 賓夕法尼亞大學(xué)無人機(jī)編隊(duì)實(shí)驗(yàn)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(duì)?wèi)?yīng)用于協(xié)同運(yùn)輸任務(wù)中，圖 1-3 中的“Flying Machine Arena”項(xiàng)目中，通過多個(gè)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(duì)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(duì)對(duì)無人機(jī)的協(xié)同編隊(duì)控制研究仍然采用集中式控制策略。圖 1-3“Flying Machine Arena”編隊(duì)項(xiàng)目

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2732879