一种高速无人机集群控制的实现

发布时间：2021-10-31 20:39

　　高速无人机集群编队飞行作为无人机在未来军事领域中重要用途之一,具有相当广阔的前景。本文主要研究高速无人机在进行集群编队飞行时的队形保持控制方案和无人机防碰撞控制方案。针对队形保持问题,本文研究并建立了多无人机的相对运动模型,采用了基于长机-僚机模式的编队控制模型并建立了多无人机编队保持控制律,即编队保持控制器通过输入长机和僚机的间距误差和机动误差,输出对应的僚机控制指令,从而跟随长机保持期望间距飞行。在条件反馈原理的基础上设计了长机指令控制器,对传统的编队控制器进行优化改进,从而加强了长机与各架僚机之间的联系。由于编队控制器参数众多且通道之间存在耦合关系,为保证队形保持效果,这里需要采用合适的算法进行参数寻优。本文采用了基于柯西变异的粒子群优化算法来确定各控制增益的取值,以保证长机与各架僚机按照既定队形编队飞行。针对无人机防碰撞问题,本文提出了基于人工势场算法的无人机避障和避碰的防碰撞控制方案。在无人机避障问题上,针对传统人工势场算法的缺点,提出了一种新的障碍物势场函数,并通过实例验证其可行性。各架无人机在执行避障行为时,引入避障速度场和引力速度场,通过速度矢量的几何关系得到避障航向角... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
        1.1.1 高速无人机
        1.1.2 多无人机集群技术应用背景
    1.2 编队保持
    1.3 无人机防碰撞
    1.4 论文主要研究内容与章节安排
第二章 无人机建模与运动分析
    2.1 常用坐标系及其坐标转换
        2.1.1 常用坐标系的定义
        2.1.2 无人机的坐标系转换
    2.2 无人机的数学模型
        2.2.1 无人机的力与力矩分析
        2.2.2 无人机的六自由度描述
        2.2.3 无人机运动方程组解耦
        2.2.4 无人机运动方程线性化
    2.3 无人机的运动分析
        2.3.1 无人机纵向运动分析
        2.3.2 无人机横侧向运动分析
    2.4 本章小结
第三章 多无人机编队飞行控制系统设计
    3.1 任务描述
    3.2 双机编队建模
    3.3 编队保持控制系统设计
        3.3.1 双机编队系统
        3.3.2 编队系统控制器设计
        3.3.3 队形保持控制策略设计
    3.4 柯西变异粒子群算法的参数优化
        3.4.1 群智能算法
        3.4.2 粒子群算法原理
        3.4.3 柯西变异粒子群算法原理
        3.4.4 柯西变异粒子群与传统粒子群算法仿真对比
    3.5 目标函数的选取
    3.6 本章小结
第四章 无人机防碰撞控制器设计
    4.1 引言
    4.2 人工势场法
    4.3 基于人工势场法的无人机避障控制
        4.3.1 障碍物势场函数的选取
        4.3.2 无人机避障控制算法
    4.4 基于人工势场法的无人机避碰控制
        4.4.1 机间避碰势场函数的选取
        4.4.2 无人机避碰控制算法
    4.5 编队队形保持和无人机防碰撞联合控制
    4.6 本章小结
第五章 集群编队飞行控制系统的仿真与分析
    5.1 引言
    5.2 仿真参数确定
    5.3 仿真结果与分析
    5.4 半物理仿真
        5.4.1 高速无人机简介
        5.4.2 集群编队系统结构
        5.4.3 无线通信
        5.4.4 半物理仿真试验
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要工作总结
    6.2 后续工作及展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]面向无人机自组网编队控制的通信组网技术[J]. 程潇,董超,陈贵海,王蔚峻,戴海鹏.  计算机科学. 2018(11)
[2]无人机自主集群技术研究展望[J]. 段海滨,邱华鑫,陈琳,魏晨.  科技导报. 2018(21)
[3]军用无人机技术智能化发展及应用[J]. 尹欣繁,章贵川,彭先敏,李雷,田斌.  国防科技. 2018(05)
[4]群智能优化算法的研究与分析[J]. 王凤娟,姜淑凤,单永瑞,张鹏飞,冉东.  信息通信. 2018(10)
[5]彩虹无人机系列应用及展望[J]. 闫东,周乃恩.  软件. 2018(09)
[6]群体智能优化算法[J]. 程适,王锐,伍国华,郭一楠,马连博,史玉回.  郑州大学学报(工学版). 2018(06)
[7]基于柯西变异的多策略协同进化粒子群算法[J]. 王永骥,苏婷婷,刘磊.  系统仿真学报. 2018(08)
[8]有人/无人机编队打击时敏目标任务分配[J]. 王宇琦,张安,毕文豪.  电光与控制. 2018(08)
[9]美军小精灵无人机群项目发展现状综述[J]. 黄雷.  飞航导弹. 2018(07)
[10]基于集群智能的无人机协同控制系统分析[J]. 张鸣阳,章凡,尹浩霖.  科技视界. 2018(16)

博士论文
[1]群体智能算法的若干改进研究[D]. 陈永刚.北京邮电大学 2018

硕士论文
[1]基于人工势场法的无人机编队关键技术研究[D]. 张帅.哈尔滨工业大学 2018
[2]复杂环境下多机器人的协同编队与避障控制研究[D]. 冯磊.湖南工业大学 2017
[3]基于柯西变异粒子群算法优化永磁同步电机的PID参数[D]. 吴先豹.湘潭大学 2016
[4]基于智能技术的多无人机协同编队飞行[D]. 倪良巧.南京航空航天大学 2016
[5]基于人工势场和虚拟领航者的多智能体协同控制研究[D]. 黄强.哈尔滨工业大学 2013
[6]多智能体系统编队避障算法研究[D]. 王京.华东理工大学 2013
[7]基于柯西变异的混合粒子群算法研究[D]. 王晖.中国地质大学 2008



本文编号：3468813