无人机编队一致性轨迹跟踪控制

发布时间：2020-07-23 11:33

【摘要】：近些年来,人工智能经到达了一个真正具有历史意义的转折点,技术正在以比以往任何时候都更快、更深刻的方式重塑社会,正在以一种近乎革命性的手段,解决生活中真实存在的难题。人工智能广泛的应用于机器人,自动驾驶和无人机系统,极大的解放了生产力。本课题以四旋翼无人机为平台,搭建智能化分布式系统,实现无人机自主编队。多智能体一致性是指每个智能体能够自主与其相邻智能体通讯,并通过获取的局部信息依据分布式控制算法规划自身行为,从而使整体系统实现有序运动。通过设计分布式控制算法,根据算法给每架无人机的位置控制器发送控制指令,完成无人机编队。本文正是基于上述思想完成无人机编队控制器的设计。综上所述,本文的主要研究内容与成果如下:首先,本文基于牛顿-欧拉法,在不对四旋翼数学模型进行简化的情况下,采用12个状态变量对无人机进行精确的动力学建模。依据建立的数学模型,对无人机的每一个状态变量设计PID控制器,使无人机能够精确的跟踪给定的位置指令,实现无人机的轨迹跟踪。其次,对多智能体系统进行研究,本文提出了三种无人机编队控制算法,即领航-跟踪控制算法,基于多智能体一致性的有领航者和无领航者的分布式控制算法,根据编队算法可以得到实现编队的每架无人机的参考轨迹,将该轨迹发布给无人机的轨迹跟踪控制器,从而实现无人机编队。通过实验比较无人机编队的分布式控制算法和领航-跟踪算法,虽然领航跟踪算法实现容易,效果也很好,但是系统稳定性差,不够智能化,得出结论分布式控制是更适用于无人机编队的算法。最后通过Apriltag定位算法感知周围环境的障碍物,当遇到障碍物时,根据设计分布式控制算法的不同参数,实现队形重构来躲避障碍物。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;V249.1

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