固定翼无人机控制单元设计及其组群飞行控制技术研究

发布时间：2020-06-17 09:59

【摘要】：近年来,无人机技术得到了极大的发展,其广泛应用于军事、农业、林业等领域。目前,单架无人机技术日趋成熟,其可以满足一些要求简单的飞行任务,但是不能满足工作量大、任务区域复杂的一些飞行任务。为了解决单架无人机在各行业的应用不足,各个科研机构等开始研究无人机集群飞行。针对单架无人机无法完成复杂任务的情况,本文在分析目前各个科研机构以及高校的无人机组群飞行控制技术研究基础上,采用了长机-僚机的编队飞行策略对本文的无人机集群飞行控制方案进行研究分析。论文研究中采用Nuttx操作系统,对单架无人机的软件控制系统进行了相应的设计,采用功能相同的传感器模块对传感器进行冗余备份,对其采集的数据进行相应的滤波处理,保证了无人机飞行的稳定性;使用ZigBee无线模块组成无人机通讯链路组网;采用Mavlink通讯协议以及环型令牌通讯策略,保证了数据传输的稳定性;采用蚁群算法对长机任务路径进行规划,僚机按照集群编队算法跟随长机飞行;采用安全球策略避免机-机冲撞问题。为验证相关设计的可行性,本文制作一架固定翼和多架四旋翼无人机,测试了无人机的基本功能、飞行稳定性和无线通讯链路。测试结果表明本文设计的无人机软硬件系统能够应用于集群编队飞行。最后,通过三架四旋翼无人机对固定翼无人机集群编队飞行算法进行相应的模拟测试,研究结果表明本文的集群编队飞行算法可以实现长机-僚机组群编队飞行控制,对固定翼无人机设计及其组群飞行控制技术研究具有参考意义。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279;V249.1
【图文】：

．，？邋－Ａｉ逡逑悘逡逑图１．丨“蜂鸟”集群飞行逡逑２０１３年６月，瑞士联邦理工学院教授ＲａｌＴａｅｌｌｏ邋Ｄ’Ａｎｄｒｅａ和他的Ｆｌｙｉｎｇ邋Ｍａｃｈｉｎｅ逡逑Ａｒｅｎａ邋（飞行竞技场）成员展示了他们所研制的可协同工作四旋翼无人机［气他们采用逡逑图像处理无线通讯等关键性技术，在室内设置多个运动图像传感器，在无人机机身上安逡逑装指示小球，摄像机捕捉到指示小球的信息，并将数据传输给总控制端，由控制端分析逡逑出无人机的飞行运动数据，包括无人机的室内相对位置、高度、速度和加速度等。将这逡逑些信息数据输入到设计好的模型算法中，得出飞行器的完成当前动作的油门控制量，实逡逑现无人机自动控制技术。实验对无人机协同工作技术进行了展示。如图１．２所示，演讲逡逑者将手中的小球抛向网中，运动图像传感器计算出小球的运动轨迹，并推算出三架无人逡逑机的位置调整

出无人机的飞行运动数据，包括无人机的室内相对位置、高度、速度和加速度等。将这逡逑些信息数据输入到设计好的模型算法中，得出飞行器的完成当前动作的油门控制量，实逡逑现无人机自动控制技术。实验对无人机协同工作技术进行了展示。如图１．２所示，演讲逡逑者将手中的小球抛向网中，运动图像传感器计算出小球的运动轨迹，并推算出三架无人逡逑机的位置调整，由此三架无人机实现了协同工作接住小球［１３］。进一步表明多无人机协同逡逑技术的可行‘１＾逦逡逑图１．２三架无人机协同互动逡逑美国国防部于２０１７年１月９日宣布，国防战略能力办公室（ＳＣＯ）同海军空中系逡逑３逡逑

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