免角速度测量的多无人机姿态同步

发布时间：2020-04-19 13:57

【摘要】：无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)具有体积小、使用方便、战场生存能力强的特点,对未来空战有重要意义。在民用方面也有着广泛的应用,如快递运输、航空拍照、交通巡逻等,发达国家也在积极扩展行业应用于发展无人机技术。多无人机的群集行为研究受到了广泛关注,其中姿态同步控制是实现群集行为的基础。一般情况下,通常使用陀螺仪来测量无人机的角速度,但是陀螺仪经济成本高且容易失效,造成系统的不稳定和经济上的负担,带来了安全方面的不可控因素,因此,无角速度测量方案近年来成为了研究热点。本文在综述现有文献的基础上,分析了目前多无人机姿态同步控制研究中存在的不足,进一步针对一些关键问题展开研究,全文内容概括如下:研究了随机时延下无角速度测量的无人机群姿态同步。在无人机群团队成员间进行信息交互过程中,信息传输时延是不可避免的,考虑信息传输时延随机发生的情况,采用Bernoulli随机分布描述时延的随机发生,提出了无角速度测量下无人机的姿态同步设计方案。考虑到不用角速度作为反馈量,使用基于虚拟系统的方法进行处理,为群中每个无人机设计一个虚拟系统,为各个无人机生成一个中间姿态参考轨迹,将无人机与之相关联,设计控制输入,使得各个无人机跟踪其相应的虚拟系统,同时所有虚拟系统同步它们的姿态。实现随机时延下无角速度测量的无人机无主式和主从式姿态同步。研究了事件触发机制下无角速度测量的无人机群姿态同步。考虑了无人机信息传输过程中周期采样使网络通信压力急剧增大,造成信息传输延时和丢包等情况,基于事件触发机制,提出了无角速度测量下无人机的姿态同步设计方案。为每个无人机系统设计事件触发条件,每个无人机系统的信息将仅在触发时刻进行发送,大幅度降低网络通信压力。考虑到不用角速度作为反馈量,使用基于虚拟系统的方法进行处理。通过设计虚拟角速度中无人机系统间触发时刻的姿态误差和输入力矩,实现事件触发机制下无角速度测量的无人机无主式和主从式姿态同步。研究了干扰力矩存在下的无角速度测量的无人机群姿态同步。在无人机飞行过程中容易受到外界气流等干扰影响,出现飞行轨迹偏移等现象。通过设计干扰力矩和输入力矩,采用虚拟系统方法实现免角速度测量,在存在干扰力矩和随机时延的情况下,保证了控制器的有效性和稳定性,提高了无人机地抗干扰性和稳健性,实现了无角速度测量的无人机无主式和主从式姿态同步。最后对全文内容进行总结,并对相关研究方向的进一步发展进行了展望。
【图文】：

无人驾驶飞机,无线电遥控,无人机

如雁群、鱼群、马群等生物群体现象的探索，图1.1 所示，集群行为在很多方面利于个体成员的行动和生产。因此，这激发了研究者们对自主式运载工具的研究兴趣，从生物学、数学、计算机科学等各个角度对生物群体进行研究，抽象转化成运动模型并总结其基本控制规律。图 1.1 鸟群无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）是无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机，包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。从某种角度来看，无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务，可以被看做是 “空中机器人”。具有体积小、使用方便、战场生存能力强的特点，对未来空战有重要意义。在民用方面也有着广泛的应用，如快递运输、航空拍照、交通巡逻、目标跟踪和监视应用等。例如：一种小型无人机系统（UAS），能够在封闭的工业环境中执行检查任务。具有这种在危险情形下执行任务能力的车辆有可能减少人员对危险任务的参与，并可以最大限度地减少设施停运期[1]。多无人机的群集行为研究受到了广泛关注，其中姿态同步控制是实现群集行为的基础[2]，同时，无人机的姿态同步对于无人机编队、无人机集群任务?

无人机,姿态

图 1.2 无人机姿态同步工智能、大数据技术的发展，无人机开始向智能化、终端机机身大量装配的各种传感器，包括 GPS、陀螺仪、指南置、加速度等。而用于测量角速度的陀螺仪或者其他速度到经济成本和系统重量、安全隐患等原因，，在系统的设计选择。免速度测量方案慢慢地进入了人们地视野，无人机研究课题。现状机系统及多刚体的姿态同步研究已经取得了一定的成果。绍，并分析目前研究工作地不足之处。中考虑了飞行器的协调和控制问题，基于近邻邻域跟踪，
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;V249.1

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