三维无人机编队队形重构与队形保持控制算法研究

发布时间：2020-10-28 18:45

　　 多无人机编队在飞行过程中,实现队形保持控制与队形重构是至关重要的。本文主要应用分布式控制思想进行了队形保持控制研究,应用最优控制思想进行了队形重构控制研究。首先基于长机-僚机模式的无人机编队控制构型,本文给出了一种空间中的弹性距离矢量,把前后相邻两架无人机之间的相对距离描述成与飞行速度相关的函数关系,为编队控制增加了一种弹性编队控制方法。并基于此,建立了编队僚机与长机之间的误差控制模型。对于队形保持,文中忽略信息通讯的延时,假定编队拓扑是稳定的,设计了一种仅包含位置状态分布式反馈优化控制器,并根据Lyapunov函数方法证明了系统的稳定性。对于该控制器,文中采用三机编队分别进行了三角型与线型编队的加减速及转弯情景的飞行控制仿真,验证了该控制器性能和弹性矢量的有效性。此外,与固定的非弹性的无人机编队做了仿真对比,结果表明当无人机做突然机动时,带有弹性距离矢量的编队具有控制代价小的特点。对于队形重构,首先把编队模型进行简化处理,给出了含有弹性距离的误差控制模型。以控制代价为研究目标,把编队重构的实际问题转化成为一个关于燃料的最优控制问题。根据实际环境和控制条件,考虑最小安全距离,最大通信距离,编队控制输入的上下限以及重构时间等约束量。通过采用Legendre伪谱法对模型的离散化处理求出该问题的最优近似解。仿真结果表明本文所提的方法能够在满足多种约束条件下得到队形重构的最优飞行轨迹,能使目标函数达到最优,实现最小燃料消耗的目的。
【学位单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V279;V249.1
【部分图文】：

UAV 应该是具备独立自主功能，向人一样具备“思考”能力的智不依赖人们的操作进行自我判断，自我决策以及自我任务执行和行为控制主模式控制。但目前较多的无人机仍然需要人为干预控制，无人机处于半。近年随着科技信息各方面的取得的骄人成绩，无人机已开始从半自主式智能化到智能化的转变，无人机水平也在不断提高。目前国外出现较为智，比如美国 X-47B 和“幽灵射线”等已经完成试飞并将在不久部署到实际德，英，法等欧洲国家也在联合开发 UAV。中国的 UAV 厚积薄发，研制展开，目前航空工业取得了丰硕成果，如众所周知的“翼龙”，“翔龙”，“”等系列无人机，部分已经进入实战应用。而，当 UAV 面对复杂环境以及特殊任务需求时，由于自身的特点如任务围局限、执行任务效率低等，单一的 UAV 就显得杯水车薪。而人们受启鸟、鱼的集群行为，把多架无人机编排一起，构成编队以满足某些场景需机编队，也即把两架或者两架以上的同类型或者不同类型的无人机，按照一定的编队结构，进而执行某种任务。无人机编队飞行如下图 1.1 所示。

沈阳航空航天大学硕士学位论文第 2 章 理论基础中用到描述无人机运动所涉的坐标系以及无本定义，为此后的数学建模及分析做了准备重构所用的 Legendre 伪谱法的求解方法，为系来描述无人机的运动参数，是无人机运动学器的控制统进行研究研究与设计的关键内容可通过坐标系变换和向量投影与分解实现转上一点 O，使gx 在地面上只想任意一点，，gy 轴指向东方与 x 轴与 z 轴形成了右手系

机体坐标系
【参考文献】

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本文编号：2860460