基于视觉的无人机室内编队飞行控制系统的设计与实现
发布时间：2021-05-17 17:44
无人机具有体积小、造价低、结构简单、机动性高等优点,在灾难救援、地质勘探、农业植保等方面都具有广泛的应用,室内环境下,无人机通常用于飞行表演伴舞、室内搜索等。但在一些情况下,单个无人机由于自身功能的限制,在执行任务时存在着很多不足,故而需要采用多个无人机协同完成任务,以完成更加复杂、大规模场景下的应用。多无人机的协同控制技术已成为控制领域一个非常重要的研究方向。无人机的编队表演是无人机协同控制技术日趋成熟的条件下发展出来的新的应用方向,有着广泛的应用场景。本文设计并实现了一套小型无人机室内编队飞行控制系统。针对传统的无人机室内定位精度低的缺点,本系统结合地标式视觉基准系统,采用视觉定位的方法实现了多无人机的编队飞行控制。首先,在地面铺设好视觉基准标签,利用无人机下置摄像头采集标签并传输至服务端计算无人机的位置与姿态信息,大大提高了定位精度。其次,在飞行过程中,针对视觉定位方法频率低、延迟大的问题,结合微分路径的方式降低图像处理频率,并通过导航信息补偿提高定位频率,改进了传统的比例微分控制方法以提高系统稳定性。最后,采用基于相对位置的分布式主从跟随控制方法完成了对多个无人机编队飞行的控制...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景
1.2 研究内容
1.2.1 基于视觉的无人机室内定位方法
1.2.2 单机轨迹控制算法
1.2.3 多机编队控制算法
1.2.4 系统的整体实现
1.3 结构安排
1.4 本章小结
第二章 相关技术介绍
2.1 基于视觉的室内定位技术
2.1.1 Apriltag
2.1.2 Flyzone
2.1.3 图像处理与解码技术
2.2 PID控制器
2.3 编队飞行队形控制策略
2.4 编队飞行信息交互策略
2.5 本章小结
第三章 基于视觉的编队飞行控制方法
3.1 编队飞行控制系统整体框架
3.2 基于视觉的定位方法
3.3 单机轨迹跟踪算法
3.4 多机编队控制算法
3.5 本章小结
第四章 编队飞行控制系统的设计与实现
4.1 开发环境
4.1.1 硬件设备
4.1.2 软件开发环境
4.2 系统总体设计
4.3 系统组网与通信
4.4 基于视觉的定位模块的设计与实现
4.5 单机轨迹跟踪模块的设计与实现
4.6 多机编队控制模块的设计与实现
4.7 用户界面的设计与实现
4.8 无人机仿真建模
4.9 本章小结
第五章 系统测试与性能分析
5.1 实验环境
5.2 功能测试实验
5.3 性能测试实验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于视觉的小型无人机室内编队飞行系统设计[J]. 杨勇,梁建宏,张代兵. 机器人技术与应用. 2017(02)
[2]多无人机协同编队飞行控制研究现状及发展[J]. 宗群,王丹丹,邵士凯,张博渊,韩宇. 哈尔滨工业大学学报. 2017(03)
[3]基于PD算法的四旋翼飞行器控制系统研究[J]. 侯永锋,陆连山,高尚德,刘雨生. 机械科学与技术. 2012(03)
[4]无人机编队队形保持变换控制器设计[J]. 邓婉,王新民,王晓燕,肖亚辉. 计算机仿真. 2011(10)
[5]双目视觉的立体标定方法[J]. 刘俸材,谢明红,王伟. 计算机工程与设计. 2011(04)
[6]无人机编队队形保持控制器的分散设计方法[J]. 何真,陆宇平. 航空学报. 2008(S1)
[7]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)
[8]基于Matlab/Simulink的航天器姿态动力学与控制仿真框架[J]. 周黎妮,唐国金,罗亚中. 系统仿真学报. 2005(10)
硕士论文
[1]基于Agent的民航飞行新技术仿真验证研究[D]. 麻丽俊.南京航空航天大学 2018
[2]基于自适应控制的无人机编队控制研究[D]. 许玥.南京航空航天大学 2018
[3]基于Mesh通信网络的四旋翼编队控制平台研究与实现[D]. 程鹏.浙江大学 2017
[4]单/多四旋翼无人机系统平台的设计及若干应用的研究[D]. 沈洪梁.浙江大学 2016
[5]小型无人机网络化飞行控制系统设计与实现[D]. 习业勋.中南大学 2014
本文编号：3192173
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景
1.2 研究内容
1.2.1 基于视觉的无人机室内定位方法
1.2.2 单机轨迹控制算法
1.2.3 多机编队控制算法
1.2.4 系统的整体实现
1.3 结构安排
1.4 本章小结
第二章 相关技术介绍
2.1 基于视觉的室内定位技术
2.1.1 Apriltag
2.1.2 Flyzone
2.1.3 图像处理与解码技术
2.2 PID控制器
2.3 编队飞行队形控制策略
2.4 编队飞行信息交互策略
2.5 本章小结
第三章 基于视觉的编队飞行控制方法
3.1 编队飞行控制系统整体框架
3.2 基于视觉的定位方法
3.3 单机轨迹跟踪算法
3.4 多机编队控制算法
3.5 本章小结
第四章 编队飞行控制系统的设计与实现
4.1 开发环境
4.1.1 硬件设备
4.1.2 软件开发环境
4.2 系统总体设计
4.3 系统组网与通信
4.4 基于视觉的定位模块的设计与实现
4.5 单机轨迹跟踪模块的设计与实现
4.6 多机编队控制模块的设计与实现
4.7 用户界面的设计与实现
4.8 无人机仿真建模
4.9 本章小结
第五章 系统测试与性能分析
5.1 实验环境
5.2 功能测试实验
5.3 性能测试实验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于视觉的小型无人机室内编队飞行系统设计[J]. 杨勇,梁建宏,张代兵. 机器人技术与应用. 2017(02)
[2]多无人机协同编队飞行控制研究现状及发展[J]. 宗群,王丹丹,邵士凯,张博渊,韩宇. 哈尔滨工业大学学报. 2017(03)
[3]基于PD算法的四旋翼飞行器控制系统研究[J]. 侯永锋,陆连山,高尚德,刘雨生. 机械科学与技术. 2012(03)
[4]无人机编队队形保持变换控制器设计[J]. 邓婉,王新民,王晓燕,肖亚辉. 计算机仿真. 2011(10)
[5]双目视觉的立体标定方法[J]. 刘俸材,谢明红,王伟. 计算机工程与设计. 2011(04)
[6]无人机编队队形保持控制器的分散设计方法[J]. 何真,陆宇平. 航空学报. 2008(S1)
[7]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)
[8]基于Matlab/Simulink的航天器姿态动力学与控制仿真框架[J]. 周黎妮,唐国金,罗亚中. 系统仿真学报. 2005(10)
硕士论文
[1]基于Agent的民航飞行新技术仿真验证研究[D]. 麻丽俊.南京航空航天大学 2018
[2]基于自适应控制的无人机编队控制研究[D]. 许玥.南京航空航天大学 2018
[3]基于Mesh通信网络的四旋翼编队控制平台研究与实现[D]. 程鹏.浙江大学 2017
[4]单/多四旋翼无人机系统平台的设计及若干应用的研究[D]. 沈洪梁.浙江大学 2016
[5]小型无人机网络化飞行控制系统设计与实现[D]. 习业勋.中南大学 2014
本文编号：3192173
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