基于有限时间的四旋翼飞行器编队控制算法的研究

发布时间：2020-05-22 00:29

【摘要】：四旋翼飞行器作为一种结构简单,且可以垂直升降的新型飞行器,在军事和民用等诸多领域上都有重要的用途。随着任务复杂度的增加,单架四旋翼已经无法适应多样化的任务,因此对四旋翼提出编队协同飞行的理念,这也是多智能体系统领域内的重要研究方向之一。编队协同飞行由于其高效的性能而成为当下研究的热点。本文针对四旋翼飞行器的独特性能,深入研究了其动力学特性及飞行控制设计方法,解决了四旋翼编队控制问题,并通过仿真研究进行了验证,主要研究内容如下:首先,本文利用牛顿-欧拉方程和四元数基础理论建立了四旋翼动力学方程组,在领航者和跟随者的结构下,设计了基于快速终端滑模方法的编队控制器。该编队控制器的设计包括两步:一是给出了有限时间分布式长机状态估计算法,同时还给出了系统与编队期望轨迹之间的误差模型;二是设计了全系统控制律使得姿态系统能够快速跟踪其理想姿态,并且使位置子系统同时收敛到期望轨迹。仿真实验表明,本文提出的控制方法可以使跟随者精确地跟踪领航者的行为状态,从而使系统在有限时间实现高精度编队。其次,针对实际中存在的控制信号的不连续性,姿态系统可能出现的奇异性,姿态误差系统的收敛延迟对位置系统跟踪造成的误差以及外界干扰等一系列问题,在上述控制算法的基础上提出了一种改进的有限时间控制算法,该算法保证了系统的状态输出不受非匹配性干扰的影响,具有较强的鲁棒性。另外,本文还给出了编队稳定性的理论证明。最后,本文通过仿真实验与第一部分所提算法进行全面比较,包括误差收敛速度和收敛精度,控制输入性能等方面,验证了所提算法的合理性。
【图文】：

图１－１四旋翼直升机Ｂｒｅｇｕｅｔ－Ｒｉｃｈｅｔ邋Ｎ０．１逡逑１９２４年，Ｏｅｍｉｃｈｅｎ制造了一架首次可以实现ｌｋｍ的垂直起降的四旋翼飞里程碑式的意义，这说明四旋翼飞行器己经有了飞速的发展。逡逑

Ｍｉｃｒｏｄｒｏｎｅｓ系列属于大型的四旋翼，载荷量高、飞行时间长，能够实施搜索、测绘、逡逑环境监察等任务，应用范围更广泛。逡逑图１－３四旋翼无人机Ｄｒａｇｏｎｆｌｙｅｒ逡逑—逡逑图１－４四旋翼无人机ＤｒａｇｏｎｆｌｙｅｒＭＤ４－１０００逡逑近三十年来，系统元件的高集成度和微型惯导系统的研发促进微小型四旋翼的逡逑衍生。在微小型四旋翼的研究上，美国处于领先地位，斯坦福大学的ＳＴＡＲＭＡＣ项逡逑目改装了两款四旋翼飞行器，，能够在飞行过程中自主的控制高度和姿态，使四旋翼逡逑３逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V249.1

【参考文献】

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本文编号：2675150