四旋翼飞行器群集控制
发布时间：2021-01-08 06:12
自然界中存在着大量的生物体群集（flocking）现象,群集运动可以有效的帮助生物体生存、觅食、迁徙。模拟生物体的群集运动,对四旋翼飞行器进行群集控制,使飞行器之间可以更好的互相协作,从而增强整体能力。本文主要以四旋翼飞行器为研究对象,设计分布式控制器,在无领导者的情况下实现四旋翼飞行器在群集运动中的汇聚、避碰与速度匹配的控制。本文沿着由易到难的研究思路,首先研究了基于二维简化模型的四旋翼的群集,然后研究了基于三维简化模型的四旋翼的群集控制,进而在更一般的三维空间模型基础上基于姿态动力学研究了四旋翼群集速度同步问题,最后考虑了基于ROS的软硬件实验。论文中主要研究内容可分为以下四个部分:一、在二维简化模型的基础上,研究四旋翼飞行器在xoy平面上的群集控制。将空间六自由度模型进行化简,并变换到极坐标系下对问题进行分析。基于反馈线性化的方法进行设计,考虑合适的人工势能函数,对飞行器位置进行控制,使得从不同起点出发的四旋翼飞行器得以汇聚。基于一致性理论对速度的大小和方向进行控制,最终实现飞行器在二维平面上的群集。二、在三维简化模型的基础上,基于欧拉角描述飞行器姿态,考虑四旋翼多处在低速运动的...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３鸟群觅食?图１．４鸟群迁徙??
以及新时代的下的互利共生，但是对于自然的探索研究是人类永恒的??主题。在自然界中其它生物中广泛存在的生物群体运动也一直为人类所着迷。??在自然界中，稍作留意，就能观察到大量的生物体群体运动现象。如图１．１、??图１．２、图１．３、图１．４所示：辽阔的草原上，成群的野牛集体运动；大洋深处，数以??万计的鱼儿集结成群，异彩纷呈；蔚蓝的天空之中，各种成群的鸟儿集体翱翔。??各种生物都以自己的方式进行着群体运动，或是分工合作，或是群体攻击，或是??躲避天敌，成群的生物在转移运动过程中又表现出了各式各样的运动形态。或是??简单的几何形状，或是复杂而绚丽的立体构型，或是看似杂乱实又目标明确的群??体运动，这其中的奥秘深深的吸引了来自不同学科的科学家的关注，从生物、物??理、艺术、计算机到飞行器、机器人等多个领域都对其中所蕴藏的规律从各自的??角度进行了探索［１］。??但是对于很多问题，一直有着各种困惑。一些能力相对低下的生物体如何形??成并管控庞大群体的？巨型的群体是如何进行内部协调并完成一定的群体目标?
第１章绪?论??ｗ?１＾＾！??图１．５美军多无人机实验?图１．６中国多无人机实验??无人机在空中实现了五环和单板滑雪运动员的动态构型，如图１．７所示。虽然英??特尔的多无人机集群的灯光表演规模庞大，屡破世界纪录，且只需要一台或几台??电脑即可完成控制，但每架无人机的飞行轨迹是在地面生成的，每架无人机按自??己的预设轨迹运动，相互之间没有交互，依赖于高精度的定位手段，缺乏有效的??避障考虑。２０１７年１２月，亿航在广州海星沙用１１８０架无人机进行灯光表演，向??正在广州召开的财富论坛表示欢迎，并展示了多种不同的图案与汉字。２０１８年??元宵节，受西安市政府邀请，亿航在古城西安进行了无人机灯光表演，实现了时??光隧道
【参考文献】：
期刊论文
[1]小型四旋翼无人机建模与有限时间控制[J]. 廖卫中,宗群,马亚丽. 控制理论与应用. 2015(10)
[2]四旋翼直升机姿态系统的直接自修复控制[J]. 杨荟憭,姜斌,张柯. 控制理论与应用. 2014(08)
[3]多智能体系统编队控制相关问题研究综述[J]. 王祥科,李迅,郑志强. 控制与决策. 2013(11)
[4]基于有向网络的智能群体群集运动控制[J]. 俞辉,王永骥,程磊. 控制理论与应用. 2007(01)
[5]基于动态拓扑有领航者的智能群体群集运动控制[J]. 俞辉,王永骥,刘磊. 系统工程与电子技术. 2006(11)
[6]基于势函数的多机器人系统的编队控制[J]. 贾秋玲,闫建国,王新民. 机器人. 2006(02)
[7]对队形控制的思考[J]. 任德华,卢桂章. 控制与决策. 2005(06)
博士论文
[1]多智能体系统分布式趋同控制若干问题研究[D]. 李振兴.中国科学技术大学 2016
[2]四旋翼微型飞行器位姿及控制策略的研究[D]. 张洪涛.哈尔滨工业大学 2014
[3]多智能体机器人协调控制研究及稳定性分析[D]. 俞辉.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]四旋翼无人机自抗扰控制系统设计[D]. 秦黎博.大连理工大学 2017
[2]四旋翼飞行器飞行控制系统算法研究[D]. 莫秋兢.华南理工大学 2017
[3]小型无人直升机的电子增稳系统设计[D]. 梅粲文.华南理工大学 2016
[4]四旋翼飞行器控制与实现[D]. 米培良.大连理工大学 2015
[5]四旋翼飞行器运动控制系统的设计与实现[D]. 林文建.湖南大学 2015
[6]基于运动捕捉系统的四旋翼飞行器导航控制技术研究[D]. 赵继.南京航空航天大学 2015
[7]四旋翼飞行器姿态控制系统的设计与实现[D]. 谭广超.大连理工大学 2013
[8]空天飞行器惯性/天文组合导航技术研究[D]. 张承.南京航空航天大学 2012
[9]四旋翼飞行器控制系统构建及控制方法的研究[D]. 程敏.大连理工大学 2012
[10]群体无人机分布式协同控制方法研究[D]. 陈炎财.南京航空航天大学 2011
本文编号：2964074
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３鸟群觅食?图１．４鸟群迁徙??
以及新时代的下的互利共生，但是对于自然的探索研究是人类永恒的??主题。在自然界中其它生物中广泛存在的生物群体运动也一直为人类所着迷。??在自然界中，稍作留意，就能观察到大量的生物体群体运动现象。如图１．１、??图１．２、图１．３、图１．４所示：辽阔的草原上，成群的野牛集体运动；大洋深处，数以??万计的鱼儿集结成群，异彩纷呈；蔚蓝的天空之中，各种成群的鸟儿集体翱翔。??各种生物都以自己的方式进行着群体运动，或是分工合作，或是群体攻击，或是??躲避天敌，成群的生物在转移运动过程中又表现出了各式各样的运动形态。或是??简单的几何形状，或是复杂而绚丽的立体构型，或是看似杂乱实又目标明确的群??体运动，这其中的奥秘深深的吸引了来自不同学科的科学家的关注，从生物、物??理、艺术、计算机到飞行器、机器人等多个领域都对其中所蕴藏的规律从各自的??角度进行了探索［１］。??但是对于很多问题，一直有着各种困惑。一些能力相对低下的生物体如何形??成并管控庞大群体的？巨型的群体是如何进行内部协调并完成一定的群体目标?
第１章绪?论??ｗ?１＾＾！??图１．５美军多无人机实验?图１．６中国多无人机实验??无人机在空中实现了五环和单板滑雪运动员的动态构型，如图１．７所示。虽然英??特尔的多无人机集群的灯光表演规模庞大，屡破世界纪录，且只需要一台或几台??电脑即可完成控制，但每架无人机的飞行轨迹是在地面生成的，每架无人机按自??己的预设轨迹运动，相互之间没有交互，依赖于高精度的定位手段，缺乏有效的??避障考虑。２０１７年１２月，亿航在广州海星沙用１１８０架无人机进行灯光表演，向??正在广州召开的财富论坛表示欢迎，并展示了多种不同的图案与汉字。２０１８年??元宵节，受西安市政府邀请，亿航在古城西安进行了无人机灯光表演，实现了时??光隧道
【参考文献】：
期刊论文
[1]小型四旋翼无人机建模与有限时间控制[J]. 廖卫中,宗群,马亚丽. 控制理论与应用. 2015(10)
[2]四旋翼直升机姿态系统的直接自修复控制[J]. 杨荟憭,姜斌,张柯. 控制理论与应用. 2014(08)
[3]多智能体系统编队控制相关问题研究综述[J]. 王祥科,李迅,郑志强. 控制与决策. 2013(11)
[4]基于有向网络的智能群体群集运动控制[J]. 俞辉,王永骥,程磊. 控制理论与应用. 2007(01)
[5]基于动态拓扑有领航者的智能群体群集运动控制[J]. 俞辉,王永骥,刘磊. 系统工程与电子技术. 2006(11)
[6]基于势函数的多机器人系统的编队控制[J]. 贾秋玲,闫建国,王新民. 机器人. 2006(02)
[7]对队形控制的思考[J]. 任德华,卢桂章. 控制与决策. 2005(06)
博士论文
[1]多智能体系统分布式趋同控制若干问题研究[D]. 李振兴.中国科学技术大学 2016
[2]四旋翼微型飞行器位姿及控制策略的研究[D]. 张洪涛.哈尔滨工业大学 2014
[3]多智能体机器人协调控制研究及稳定性分析[D]. 俞辉.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]四旋翼无人机自抗扰控制系统设计[D]. 秦黎博.大连理工大学 2017
[2]四旋翼飞行器飞行控制系统算法研究[D]. 莫秋兢.华南理工大学 2017
[3]小型无人直升机的电子增稳系统设计[D]. 梅粲文.华南理工大学 2016
[4]四旋翼飞行器控制与实现[D]. 米培良.大连理工大学 2015
[5]四旋翼飞行器运动控制系统的设计与实现[D]. 林文建.湖南大学 2015
[6]基于运动捕捉系统的四旋翼飞行器导航控制技术研究[D]. 赵继.南京航空航天大学 2015
[7]四旋翼飞行器姿态控制系统的设计与实现[D]. 谭广超.大连理工大学 2013
[8]空天飞行器惯性/天文组合导航技术研究[D]. 张承.南京航空航天大学 2012
[9]四旋翼飞行器控制系统构建及控制方法的研究[D]. 程敏.大连理工大学 2012
[10]群体无人机分布式协同控制方法研究[D]. 陈炎财.南京航空航天大学 2011
本文编号：2964074
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