基于暂态性能的无人机编队飞行控制系统故障诊断研究
发布时间：2021-08-13 17:04
飞行控制系统是无人机的核心,其可靠性关系到无人机的安全,对飞行控制系统进行及时有效的故障诊断是保证无人机安全飞行的基础。因此,针对无人机飞行控制系统的故障诊断研究具有重要的研究意义和应用价值。并且,由于多无人机编队飞行是一项高精密和高投入的活动,针对无人机编队的故障诊断技术除了稳定性（通常是Lyapunov意义下的）之外,更需要有快速性、准确性和良好的鲁棒性。这就对无人机编队故障诊断的暂态性能作出了要求。本文以无人机编队飞行控制系统为研究对象,考虑执行器发生故障的情况下,研究了基于暂态性能的故障诊断方法。首先,介绍课题的背景和研究意义,阐述无人机编队飞行控制系统,故障诊断技术和基于暂态性能的控制方法研究现状。并介绍了本文所采用的无人机飞行控制系统模型,和无人机编队飞行控制系统通信拓扑结构的主要类型及其所需的图论知识。其次,针对Leader-Follower型无人机编队飞行控制系统,针对带时变扰动的情况设计了有限时间有界鲁棒观测器来完成故障诊断。首先构建Leader-Follower的无人机编队飞行控制系统连接图并以有向图表示;再建立每架无人机的状态方程和输出方程,并将状态向量与故障向量...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
亚马逊物流无人机编队（图左）和美军“小精灵”小型无人机编队（图右）
编队中的其余无人机视为 Follower 无人机。Leader 无人机会根据任务目标作为领导领其余无人机飞行， Follower 无人机则作为跟随者随着 Leader 无人机完成飞行。针对宾西法尼亚大学的 Desai 团队[6]做了大量的研究并提出了很多成果。 2012 年，一种Leader-Follower 编 队 方法 被该 团队 的 Turpin 等 人员[7]进 行 了研 究， 区别 于Leader-Follower 法，每架 Follower 无人机可以通过与之通信的其他无人机中，间接获取踪的 Leader 无人机的信息。2015 年，基于 Leader-Follower 方法和机载视觉感知设备，的 Saska 等人员[8]提出并完成了非 GPS 定位的密集编队飞行。 至今为止，多智能体系作规划、抓取、运输和避障等课题都在该团队的热切研究中。2015 年，针对无人机编队信阻塞和时滞的情况，国防科技大学的刘欢等[9]研究了基于状态估计和基于反Leader-Follower 编队分布式控制方法，并通过仿真实验进行了验证。2016 年，康戈迪亚Ghamry 团队[10]基于滑模控制技术和 Leader-Follower 方法设计编队控制器，创新性的将器人定义为 Leader，而 Follower 则是由空中四旋翼飞行器定义的，二者组成了新型的编队年，通过 Leader 可从 Follower 处得到反馈信息的设计，阿米尔卡比尔理工大学的 Ag队[11]克服了 Follower 出现问题时会造成编队不成功的状况，并完成了由四架四旋翼无人飞行并协同成功搬取重物的仿真实验。
控制系统是将通信拓扑结构下的单一无人机飞行控制系统间相互连通，实时完成数据通信与共享，而在整体角度上项特定的飞行任务。作为理论研究的知识准备，本章主要型，和以其为研究对象的无人机编队飞行控制系统通信拓。首先，给出了用六自由度关系描述的无人机非线性模型法。其次，结合美国 Aerosonde 小型无人机的相关参数获和横侧向线性运动方程。最后，通过不同的图论描述介绍与符号拓扑以及固定拓扑与切换拓扑这三种主要的通信拓控制系统模型介绍I 公司研制的 Aerosonde 小型无人机[80]作为研究对象，如图功能：光电、通信中继、红外全动态视频和自动识别等。和民用商用所执行的飞行任务的累积时长已经达到了 13 万长都是在复杂恶劣的野外环境中累积的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]动态系统间歇故障诊断技术综述[J]. 周东华,史建涛,何潇. 自动化学报. 2014(02)
[2]多智能体最优持久编队动态生成与控制[J]. 罗小元,邵士凯,关新平,赵渊洁. 自动化学报. 2013(09)
[3]基于LMI的大型互联线性系统的分散有限时间镇定[J]. 傅勤. 控制与决策. 2010(05)
[4]多无人机协同编队飞行控制的研究现状[J]. 樊琼剑,杨忠,方挺,沈春林. 航空学报. 2009(04)
[5]Markov跳变系统的有限时间状态反馈镇定[J]. 何舒平,刘飞. 控制与决策. 2009(01)
[6]一类线性离散时间系统有限时间控制问题[J]. 沈艳军. 控制与决策. 2008(01)
[7]无人机编队飞行技术的研究现状与展望[J]. 李文皓,张珩. 飞行力学. 2007(01)
[8]Finite-time Control of Linear Singular Systems with Parametric Uncertainties and Disturbances[J]. FENG Jun-E1 WU Zhen1 SUN Jia-Bing21(School of Mathematics and System Sciences, Shandong University, Jinan 250100)2(Department of Information Science and Control Engineering, Shandong University, Weihai 264209). 自动化学报. 2005(04)
博士论文
[1]基于学习观测器的卫星姿态控制系统故障重构研究[D]. 贾庆贤.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于观测器的动态系统故障估计和调节[D]. 张柯.南京航空航天大学 2012
硕士论文
[1]小型无人机飞行力学模型辨识与鲁棒控制研究[D]. 陈坤.南京航空航天大学 2012
本文编号：3340814
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
亚马逊物流无人机编队（图左）和美军“小精灵”小型无人机编队（图右）
编队中的其余无人机视为 Follower 无人机。Leader 无人机会根据任务目标作为领导领其余无人机飞行， Follower 无人机则作为跟随者随着 Leader 无人机完成飞行。针对宾西法尼亚大学的 Desai 团队[6]做了大量的研究并提出了很多成果。 2012 年，一种Leader-Follower 编 队 方法 被该 团队 的 Turpin 等 人员[7]进 行 了研 究， 区别 于Leader-Follower 法，每架 Follower 无人机可以通过与之通信的其他无人机中，间接获取踪的 Leader 无人机的信息。2015 年，基于 Leader-Follower 方法和机载视觉感知设备，的 Saska 等人员[8]提出并完成了非 GPS 定位的密集编队飞行。 至今为止，多智能体系作规划、抓取、运输和避障等课题都在该团队的热切研究中。2015 年，针对无人机编队信阻塞和时滞的情况，国防科技大学的刘欢等[9]研究了基于状态估计和基于反Leader-Follower 编队分布式控制方法，并通过仿真实验进行了验证。2016 年，康戈迪亚Ghamry 团队[10]基于滑模控制技术和 Leader-Follower 方法设计编队控制器，创新性的将器人定义为 Leader，而 Follower 则是由空中四旋翼飞行器定义的，二者组成了新型的编队年，通过 Leader 可从 Follower 处得到反馈信息的设计，阿米尔卡比尔理工大学的 Ag队[11]克服了 Follower 出现问题时会造成编队不成功的状况，并完成了由四架四旋翼无人飞行并协同成功搬取重物的仿真实验。
控制系统是将通信拓扑结构下的单一无人机飞行控制系统间相互连通，实时完成数据通信与共享，而在整体角度上项特定的飞行任务。作为理论研究的知识准备，本章主要型，和以其为研究对象的无人机编队飞行控制系统通信拓。首先，给出了用六自由度关系描述的无人机非线性模型法。其次，结合美国 Aerosonde 小型无人机的相关参数获和横侧向线性运动方程。最后，通过不同的图论描述介绍与符号拓扑以及固定拓扑与切换拓扑这三种主要的通信拓控制系统模型介绍I 公司研制的 Aerosonde 小型无人机[80]作为研究对象，如图功能：光电、通信中继、红外全动态视频和自动识别等。和民用商用所执行的飞行任务的累积时长已经达到了 13 万长都是在复杂恶劣的野外环境中累积的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]动态系统间歇故障诊断技术综述[J]. 周东华,史建涛,何潇. 自动化学报. 2014(02)
[2]多智能体最优持久编队动态生成与控制[J]. 罗小元,邵士凯,关新平,赵渊洁. 自动化学报. 2013(09)
[3]基于LMI的大型互联线性系统的分散有限时间镇定[J]. 傅勤. 控制与决策. 2010(05)
[4]多无人机协同编队飞行控制的研究现状[J]. 樊琼剑,杨忠,方挺,沈春林. 航空学报. 2009(04)
[5]Markov跳变系统的有限时间状态反馈镇定[J]. 何舒平,刘飞. 控制与决策. 2009(01)
[6]一类线性离散时间系统有限时间控制问题[J]. 沈艳军. 控制与决策. 2008(01)
[7]无人机编队飞行技术的研究现状与展望[J]. 李文皓,张珩. 飞行力学. 2007(01)
[8]Finite-time Control of Linear Singular Systems with Parametric Uncertainties and Disturbances[J]. FENG Jun-E1 WU Zhen1 SUN Jia-Bing21(School of Mathematics and System Sciences, Shandong University, Jinan 250100)2(Department of Information Science and Control Engineering, Shandong University, Weihai 264209). 自动化学报. 2005(04)
博士论文
[1]基于学习观测器的卫星姿态控制系统故障重构研究[D]. 贾庆贤.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于观测器的动态系统故障估计和调节[D]. 张柯.南京航空航天大学 2012
硕士论文
[1]小型无人机飞行力学模型辨识与鲁棒控制研究[D]. 陈坤.南京航空航天大学 2012
本文编号：3340814
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