无人机协同编队队形保持控制算法研究

发布时间：2017-10-13 23:42

  本文关键词：无人机协同编队队形保持控制算法研究

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【摘要】：编队队形保持控制是多无人机协同编队飞行的研究重点,得到广大研究人员越来越多的青睐。本文旨在应用基于行为的控制策略对多无人机编队队形保持控制进行研究,主要研究内容如下:首先,阐述了多无人机协同编队的基本问题,对编队队形控制策略进行了研究,着重分析了四种编队控制策略以及它们的优缺点,通过对比分析选出基于行为控制策略作为本文主要研究对象。其次,建立了编队飞行的环境模型和编队运动及动力学模型。在编队飞行环境中建立了地形威胁和雷达威胁的模型,作为无人机编队执行任务时遇到的障碍物。本文选择大地坐标系,以单架无人机模型为基础,建立无人机编队的运动模型。再次,根据无人机编队任务的要求,设计了四种子行为:奔向目标、躲避静态障碍物、队形保持与躲避其他无人机。在躲避静态障碍物行为中引入判别函数进行合理的避障;在队形保持行为中分别采用领航参照点法和邻居参照点法来确定无人机在编队中的位置,同时引入动态死区法使编队更加快速的形成编队,选择行为抑制法对四种子行为进行行为融合作为无人机最终行为输出,并设计了基于行为的多无人机编队队形保持控制算法。最后,在Matlab仿真软件上进行了仿真验证,仿真实验包括单无人机导航,多无人机编队队形形成,无障碍物时的编队队形保持,有障碍物时的编队队形保持与变换,并对仿真结果加以分析,实验结果表明该算法可以有效的完成编队的控制任务。最终对所研究的内容及成果进行总结以及对未来工作进行展望。
【关键词】：无人机 协同编队 基于行为 队形保持
【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;V249.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 课题研究的背景及意义12-14
• 1.2 CFF控制技术特点及研究现状14-17
• 1.2.1 鸟类编队飞行原理14-15
• 1.2.2 CFF定义15
• 1.2.3 无人机编队飞行技术特点15-16
• 1.2.4 CFF控制的研究现状16-17
• 1.3 编队飞行技术发展概述17-19
• 1.4 本文的主要工作19-21
• 第2章 无人机编队的控制策略研究21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 无人机编队的基本问题21-24
• 2.2.1 编队队形的形成21-23
• 2.2.2 编队队形的保持23-24
• 2.3 无人机编队飞行队形控制策略24-25
• 2.4 无人机编队飞行控制策略25-30
• 2.4.1 领航员跟随者法26
• 2.4.2 人工势场法26-27
• 2.4.3 虚拟结构法27-28
• 2.4.4 基于行为法28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 编队飞行运动及动力学建模31-38
• 3.1 引言31
• 3.2 编队飞行三维场景基础建模31-35
• 3.2.1 地形威胁建模31-32
• 3.2.2 雷达威胁建模32-35
• 3.3 多无人机编队模型建立35-37
• 3.3.1 相关参考坐标系35
• 3.3.2 单机运动模型35-36
• 3.3.3 编队运动控制模型36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 基于行为的无人机编队队形保持控制38-49
• 4.1 引言38
• 4.2 多无人机队形保持控制的基本问题38-39
• 4.2.1 任务描述38
• 4.2.2 典型队形38
• 4.2.3 多无人机间的通信38-39
• 4.3 基于行为控制策略中的子行为设计39-45
• 4.3.1 奔向目标行为39-40
• 4.3.2 避障行为40-42
• 4.3.3 队形保持行为42-44
• 4.3.4 躲避其他无人机行为44-45
• 4.4 多无人机编队行为的融合机制45-46
• 4.5 编队控制方法的实现46-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第5章 多无人机编队保持控制仿真实验与分析49-64
• 5.1 引言49
• 5.2 仿真环境49
• 5.3 多无人机编队保持控制仿真实验及分析49-63
• 5.3.1 单无人机导航仿真49-50
• 5.3.2 多无人机编队队形形成仿真50-53
• 5.3.3 无障碍物时编队保持飞行仿真53-57
• 5.3.4 静态障碍物下编队保持飞行仿真57-62
• 5.3.5 避障时无人机队形变换仿真62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文70

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本文编号：1027754