【摘要】：四旋翼飛行器編隊在軍事民用領域都有廣泛的應用,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,給出空間坐標系定義和轉換關系;建立四旋翼飛行器動力學模型并給出帶有不平衡負載的飛行器控制問題的數學描述;建立信息流模型并給出編隊控制問題的數學描述。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)境適應性設計了融合濾波算法;針對不平衡負載產生的重心偏移問題,給出重心位置實時辨識方法,并設計基于重心偏移補償的位置控制器和姿態(tài)控制器。再次,設計基于信息一致性的分布式隊形保持與跟蹤控制算法。根據信息拓撲結構設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計隊形保持與跟蹤控制設計方法;仿真結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)同目標分配和同時軌跡規(guī)劃問題。提出多目標分配問題的優(yōu)化指標,并給出基于遺傳算法的目標分配方法;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合的隊形變換軌跡規(guī)劃策略;仿真結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,實驗結果和分析說明了所提出算法的可行性和有效性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V249.1
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學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需求合理設計系統(tǒng)的通信拓撲結構，緩解了大規(guī)模集群無人機的通信網絡壓力，提高了系統(tǒng)的適應性和應用范圍。1.2 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展狀況1.2.1 四旋翼無人機編隊發(fā)展狀況編隊控制技術最早應用于衛(wèi)星的協(xié)同覆蓋，從而減小衛(wèi)星工作的成本，早在 21 世紀初，就被美國 NASA 評為未來軍事領域的核心技術。隨著四旋翼無人機不斷發(fā)展成熟，其協(xié)同編隊也應運而生，近年來，四旋翼無人機協(xié)同編隊是世界范圍內對學術團體很有吸引力的課題，并發(fā)展迅速[2]。圖 1-1 為無人機協(xié)同編隊的學術發(fā)展趨勢。

圖 1-2 賓夕法尼亞大學無人機編隊實驗蘇黎世聯(lián)邦理工學院專注于將四旋翼無人機集群編隊應用于協(xié)同運輸任務中，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)同運輸任務[9]，此外，該團隊也成功將合作無人機應用于協(xié)同建造任務中[10]，值得注意的是，該團隊對無人機的協(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】

相關期刊論文 前6條

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本文編號：2732879