多无人机有限时间编队控制

发布时间：2021-03-26 23:34

　　近年来,旋翼无人机（以下简称无人机）技术快速发展,单架无人机广泛应用于各个领域,例如侦查搜索、救灾应急、电力巡检和物流配送等。然而单架无人机的尺寸、视野、载荷等自身条件有限,并且在执行任务时,如果受到攻击或者发生故障会导致整个任务的失败,而多架无人机协同作业则可以弥补单架无人机的局限性,多无人机系统具有较好的容错性、扩展性和鲁棒性,在执行复杂任务时,能够提高任务的执行效率,有更大的优势和发展前景。本文主要基于有限时间一致性理论和事件触发通信机制设计多无人机分布式编队控制算法,并搭建实验平台进行算法验证。本文主要内容包含以下几点:首先针对多无人机系统,提出了一种分层编队控制框架,该框架包括上层协同控制层和下层跟踪控制层。在上层控制层,基于有限时间一致性理论设计协同控制算法,可得到虚拟速度和虚拟位置,并使得虚拟速度达到一致性,虚拟位置达到期望的虚拟编队形态。在下层跟踪控制层,基于PID理论设计跟踪控制算法,使得实际位置和速度分别跟踪虚拟位置和速度,从而实现多无人机形成期望的编队形态。并进一步分析了控制算法的稳定性,仿真结果验证了该分层控制框架的可行性。其次,在分层控制框架的基础上,将事件触... 

【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

军用无人机

无人家编队表演

杭州电子科技大学硕士学位论文4用所有无人机的状态信息，从而提高多无人机系统的鲁棒性[19]。图1.3苏黎世联邦理工大学协同编队实验图1.4我国第一个固定翼集群编队飞行实验国内对无人机协同编队控制技术的研究虽然起步相对较晚，但国家对此越来越重视，正大力推动发展无人机编队控制技术。2016年我国第一个固定翼无人机编队飞行实验以67架的数量刷新了之前由美国海军保持的50架固定翼无人机集群飞行数量的记录，如图1.4所示，之后在2017年、2018年又分别以119架和200架的数量打破原先的记录，该成果由国内的电科院、清华大学和中科院等团队携手完成。此外，国防科技大学的刘欢教授等针对无人机编队控制问题，提出了基于反步法和Leader-follower策略的控制算法，而为了解决通信阻塞问题，设计了基于图论的状态估计算法，最后给出了三架followers和一架leader的仿真实验结果[20]。北京航空航天大学的段海滨教授通过对鸽群特有的层级行为的研究，提出了一种基于鸽群行为机制的多无人机自主编队控制器，并采用人工势场理论和图论对编队的拓扑结构进行建模分析，通过仿真实验验证了该控制器的稳定性和有效性[21]。天津大学的宗群教授在考虑环境干扰、惯性不确定性和执行器饱和等干扰的情况下，针对飞行器同步问题，设计了基于一致性算法和非奇异终端滑模设计分散式有限时间姿态同步控制器[22]。哈尔滨工业大学的赖云晖基于图论设计编队模型，采用领导-跟随法设计分布式编队控制算法，通过三架无人机进行多机编队飞行测试[23]。


本文编号：3102442