多无人机紧密编队协同控制与可视化仿真研究

发布时间：2017-10-11 16:08

  本文关键词：多无人机紧密编队协同控制与可视化仿真研究

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【摘要】：多无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)紧密编队协同控制(Cooperative Control)有许多单架无人机无法比拟的优点,在军用领域和民用领域的应用前景都十分广阔,成为无人机研究领域的一个热点,正受到越来越广泛的关注。本文主要研究多无人机紧密编队协同控制问题,所做主要工作如下:首先,本文采用了“长机——僚机”的编队飞行模式,分析了飞翼式无人机紧密编队飞行过程中,长机翼尖涡流对僚机产生的气动耦合效应,并推导了在长机翼尖涡流施加的上洗流和侧洗流的影响下,紧密编队中的僚机所受阻力、升力和侧向力的改变量。其次,本文分别建立了紧密编队中的长、僚机模型,并根据前面计算得到的气动耦合效应,完善了紧密编队中的僚机模型,最终得到考虑了气动耦合效应的紧密编队飞行模型。再次,本文引入了滑模变结构控制理论,并基于输入输出反馈线性化,设计了飞翼式无人机紧密编队队形保持控制器。而后在MATLAB/SIMULINK仿真环境下,对设计的保持控制器进行仿真验证。仿真结果显示,在长机机动(航向机动、速度机动和高度机动等)时,本文所设计的飞翼式无人机紧密编队队形保持控制器可以很好的保持紧密编队队形。最后,利用本实验室已建成的基于FlightGear的可视化飞行仿真系统,进行了飞翼式无人机紧密编队队形保持控制器的可视化仿真验证工作。该系统以可视化的形式全面、直观、综合地展现了紧密编队飞行过程中,长、僚机的各种综合信息,可视化仿真结果显示,上述设计的紧密编队队形保持控制器具有较高的可行性,具有较好的工程应用价值。
【关键词】：飞翼式布局无人机 紧密编队 滑模变结构 FlightGear 可视化
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279;TP391.9
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 主要符号表12-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 研究背景及意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.2.1 无人机编队协同控制研究现状15-16
• 1.2.2 可视化飞行仿真研究现状16-17
• 1.3 本文研究内容及主要工作17-19
• 第2章 紧密编队飞行气动耦合效应分析19-26
• 2.1 引言19
• 2.2 涡流模型19-23
• 2.2.1 Biot-Savart定律19-21
• 2.2.2 上洗流和侧洗流模型的建立21-23
• 2.3 僚机阻力、升力和侧向力变化分析23-25
• 2.3.1 阻力变化分析23-24
• 2.3.2 升力变化分析24
• 2.3.3 侧向力变化分析24-25
• 2.4 小结25-26
• 第3章 飞翼式布局无人机紧密编队模型的建立26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 长机模型的建立26-27
• 3.3 紧密编队飞行中飞翼式布局僚机数学模型的建立27-30
• 3.3.1 新的编队稳定性导数的计算28-30
• 3.3.2 完善后的僚机自驾仪系统30
• 3.4 紧密编队参考坐标系统30-32
• 3.4.1 科里奥利方程30-31
• 3.4.2 编队坐标系统31-32
• 3.5 飞翼式布局无人机紧密编队飞行模型的建立32-36
• 3.5.1 基本模型的建立32-33
• 3.5.2 完整模型的建立33-36
• 3.6 小结36-37
• 第4章 紧密编队滑模变结构队形保持控制器设计37-60
• 4.1 变结构控制基础37-42
• 4.1.1 变结构控制概述37-38
• 4.1.2 变结构的基本原理38-40
• 4.1.3 几种典型的趋近律40-42
• 4.2 紧密编队队形保持控制器设计42-47
• 4.2.1 Y向通道控制器设计43-44
• 4.2.2 X向通道控制器设计44-46
• 4.2.3 Z向通道控制器设计46-47
• 4.3 仿真实验47-59
• 4.3.1 长机航向机动49-52
• 4.3.2 长机速度机动52-56
• 4.3.3 长机高度机动56-59
• 4.4 小结59-60
• 第5章 基于FlightGear的可视化飞行仿真系统设计及实现60-77
• 5.1 引言60
• 5.2 系统设计方案60-74
• 5.2.1 地面综合管理单元61-63
• 5.2.2 无人机仿真单元63-67
• 5.2.3 大视景显示单元67-68
• 5.2.4 服务器单元68-69
• 5.2.5 系统数据通信的实现69-74
• 5.3 双机紧密编队队形保持控制器可视化仿真验证与分析74-76
• 5.4 小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文和取得的科研成果83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 段海滨;邱华鑫;范彦铭;;基于捕食逃逸鸽群优化的无人机紧密编队协同控制[J];中国科学:技术科学;2015年06期

2 周涛;;基于S-函数的Simulink与VC++网络通信研究[J];现代电子技术;2013年13期

3 袁园;闫建国;屈耀红;;多无人机编队飞行气动耦合仿真[J];飞行力学;2013年01期

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5 祁圣君;张U，

本文编号：1013461