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微小型四旋翼飞行器编队自主重构及控制

发布时间:2020-09-08 07:25
   随着现代科技日新月异的发展,无人机因具有高性能、低成本等显著的优势,可以替代人类执行恶劣环境下复杂、危险及繁琐的各种任务,故其在军事领域亦或是民用领域都发挥着不可或缺的作用。单架无人机与有人机相比具有无法比拟的诸多优点,但在实际情况中无人机所需要完成的任务多数为并发性和综合性的任务,单架无人机并不能够同时执行此种情况下的任务,因此针对无人机编队系统研究越来越受到各国研究人员的广泛重视。编队重构控制作为无人机编队系统一重要组成部分,其有着非常重要的作用。为此,本文以微小型四旋翼飞行器为载体,重点对四旋翼编队系统的编队队形自主重构及避障控制问题进行了研究。首先,总结了现阶段四旋翼飞行器的发展及其编队重构控制研究现状与趋势,对四旋翼编队系统涉及的图论基础理论进行了探究,分析了四旋翼编队系统的控制方法。其次,对四旋翼单机飞行原理进行了介绍,并在此基础上利用欧拉角原理建立了动力学模型,针对四旋翼单机控制问题设计了双闭环PID控制器和二阶滑模控制器,并仿真验证了所设计的控制器的有效性,完成了对四旋翼单机的稳定控制,为后续四旋翼编队系统自主重构及防碰避障控制奠定了基础。再次,对四旋翼编队系统重构控制问题进行了描述,建立了四旋翼编队系统模型,设计了四旋翼编队系统的编队队形重构策略,在考虑四旋翼编队系统内各四旋翼单机之间可能出现通讯时滞情况下,提出了基于一致性四旋翼编队重构控制算法,降低了该问题的模型复杂度,针对所提一致性重构控制算法作用于四旋翼编队系统队形重构时的稳定性进行了理论证明,并仿真验证了算法的有效性。最后,针对四旋翼飞行器编队重构过程中的防碰避障问题,考虑到目前常用的基于人工势场法的防碰避障所存在的问题,采用结合一致性思想设计了四旋翼编队系统的防碰避障控制律,并通过仿真验证了所提四旋翼编队系统防碰避障控制律的有效性。
【学位单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2019
【中图分类】:V279;V249.1

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本文编号:2813888


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