基于一致性的多四旋翼无人机编队控制研究
发布时间：2021-11-20 06:52
小型四旋翼无人飞行器由于其尺寸小、重量轻、适应性强、隐蔽性高、危险性系数低,在军事和民用领域有着很高的实用价值,因而获得众多科研机构和商业公司的青睐。四旋翼飞行器的应用领域十分广泛,常见的包括灾害监测、地形侦查、救援、短距离运输等。然而单架四旋翼飞行器的载荷有限,所能够执行的任务复杂度和对任务的容错能力也有限,因而多架四旋翼飞行器协作执行任务越来越成为四旋翼研究的热点问题。本文针对多四旋翼飞行器,基于一致性理论和滑模控制方法设计了分布式编队控制器,来实现整个编队的协同飞行,并利用仿真实验验证与分析了所设计的控制算法的有效性。本文研究内容可以归纳为以下几个方面:首先,将四旋翼飞行器视为刚体,建立四旋翼的运动学和动力学方程。将建立的四旋翼模型分为位置子系统和姿态子系统,基于超螺旋和终端滑模方法分别为两个子系统设计基于干扰观测的有限时间控制器,实现四旋翼飞行器对给定期望轨迹的稳定跟踪,同时也降低了外界干扰和自身参数不确定等因素对飞行器稳定性的影响。其次,针对多架四旋翼飞行器设计了分布式编队控制器。我们假设每架四旋翼只能获取附近邻居个体的位置信息,编队系统中只有部分个体可以获取长机的飞行轨迹。...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无人飞行器
图 1-1 无人飞行器1.2.1 四旋翼飞行器研究现状国外学者对四旋翼飞行器的研究工作，最早开始于 20 世纪初期。1907 年Breguet 兄弟在法国学者 Richet 的参与下，成功制造了第一架四旋翼飞行器[9]，首次飞行时飞行高度只有 1.5 米，且飞行时间很短。在此次飞行试验中由于没有控制系统且结构复杂，导致整个系统的稳定性较差[10]。之后，由于控制效果不好以及其他方面的一些原因，人们没有注重这类飞行器的研究工作。
天津大学硕士学位论文对该无人飞行器进行科学性的研究，相关成果也大量出现。美国斯坦福大学的 Gabriel M. Hoffmann, Steven W. Waslander 等设计了名为STARMAC 四旋翼无人飞行器，具有很好的飞行性能，它可以根据人为设定好的航路点实现在室内和室外的飞行。如图 1-3 所示，该飞行器是通过地面站和飞行器板载控制器的相互作用实现控制的，关键是通过控制系统对传感器模块的信号进行融合，从而进行四旋翼的稳定控制。飞行器与地面站间通过 Wi-Fi 建立数据链接，从而实时向地面站传输飞行参数和图像信息[11][12]。于此同时，在美国国家科研机构 NASA 的帮助下，该学校的 IIan Kroo 和 Fritz 教授率领其科研小组，与喷气推进实验室共同研制了名为Mesicopter 的超微型旋翼飞行器。如图1-4所示，尽管其体积和质量都很小，但是飞行性能令人满意[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进人工势场的无人机编队防碰撞控制方法[J]. 朱旭,闫茂德,张昌利,林海,屈耀红. 哈尔滨工程大学学报. 2017(06)
[2]基于一致性理论的四旋翼无人机分布式编队控制方法[J]. 李磊,李小民,郑忠贵,张国荣. 电光与控制. 2015(10)
[3]无人机编队飞行面临问题及关键技术研究[J]. 潘华,毛海涛. 现代电子技术. 2014(16)
[4]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)
[5]小型四旋翼飞行器动力学模型优化[J]. 韩志凤,李荣冰,刘建业,杭义军. 控制工程. 2013(S1)
[6]四旋翼微型飞行器设计[J]. 张广玉,张洪涛,李隆球,王林. 哈尔滨理工大学学报. 2012(03)
[7]四旋翼自主飞行与轨迹跟踪控制[J]. 王田苗,汪列武,梁建宏. 计算机与现代化. 2012(05)
[8]基于速度障碍和行为动力学的动态路径规划[J]. 雷艳敏,朱齐丹,冯志彬. 华中科技大学学报(自然科学版). 2011(04)
[9]有限时间控制问题综述[J]. 丁世宏,李世华. 控制与决策. 2011(02)
[10]多无人直升机的相对动力学建模方法及其编队控制[J]. 王争,何玉庆,韩建达. 控制理论与应用. 2011(01)
博士论文
[1]多智能体系统分布式跟踪控制问题研究[D]. 王传锐.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]基于人工势场法的机器人避障问题研究[D]. 宋佳瑞.沈阳工业大学 2017
[2]四旋翼无人直升机飞行控制技术研究[D]. 单海燕.南京航空航天大学 2008
[3]基于C空间和人工势场的4R机器人路径规划[D]. 孙华林.合肥工业大学 2008
[4]微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究[D]. 聂博文.国防科学技术大学 2006
本文编号：3506798
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无人飞行器
图 1-1 无人飞行器1.2.1 四旋翼飞行器研究现状国外学者对四旋翼飞行器的研究工作，最早开始于 20 世纪初期。1907 年Breguet 兄弟在法国学者 Richet 的参与下，成功制造了第一架四旋翼飞行器[9]，首次飞行时飞行高度只有 1.5 米，且飞行时间很短。在此次飞行试验中由于没有控制系统且结构复杂，导致整个系统的稳定性较差[10]。之后，由于控制效果不好以及其他方面的一些原因，人们没有注重这类飞行器的研究工作。
天津大学硕士学位论文对该无人飞行器进行科学性的研究，相关成果也大量出现。美国斯坦福大学的 Gabriel M. Hoffmann, Steven W. Waslander 等设计了名为STARMAC 四旋翼无人飞行器，具有很好的飞行性能，它可以根据人为设定好的航路点实现在室内和室外的飞行。如图 1-3 所示，该飞行器是通过地面站和飞行器板载控制器的相互作用实现控制的，关键是通过控制系统对传感器模块的信号进行融合，从而进行四旋翼的稳定控制。飞行器与地面站间通过 Wi-Fi 建立数据链接，从而实时向地面站传输飞行参数和图像信息[11][12]。于此同时，在美国国家科研机构 NASA 的帮助下，该学校的 IIan Kroo 和 Fritz 教授率领其科研小组，与喷气推进实验室共同研制了名为Mesicopter 的超微型旋翼飞行器。如图1-4所示，尽管其体积和质量都很小，但是飞行性能令人满意[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进人工势场的无人机编队防碰撞控制方法[J]. 朱旭,闫茂德,张昌利,林海,屈耀红. 哈尔滨工程大学学报. 2017(06)
[2]基于一致性理论的四旋翼无人机分布式编队控制方法[J]. 李磊,李小民,郑忠贵,张国荣. 电光与控制. 2015(10)
[3]无人机编队飞行面临问题及关键技术研究[J]. 潘华,毛海涛. 现代电子技术. 2014(16)
[4]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)
[5]小型四旋翼飞行器动力学模型优化[J]. 韩志凤,李荣冰,刘建业,杭义军. 控制工程. 2013(S1)
[6]四旋翼微型飞行器设计[J]. 张广玉,张洪涛,李隆球,王林. 哈尔滨理工大学学报. 2012(03)
[7]四旋翼自主飞行与轨迹跟踪控制[J]. 王田苗,汪列武,梁建宏. 计算机与现代化. 2012(05)
[8]基于速度障碍和行为动力学的动态路径规划[J]. 雷艳敏,朱齐丹,冯志彬. 华中科技大学学报(自然科学版). 2011(04)
[9]有限时间控制问题综述[J]. 丁世宏,李世华. 控制与决策. 2011(02)
[10]多无人直升机的相对动力学建模方法及其编队控制[J]. 王争,何玉庆,韩建达. 控制理论与应用. 2011(01)
博士论文
[1]多智能体系统分布式跟踪控制问题研究[D]. 王传锐.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]基于人工势场法的机器人避障问题研究[D]. 宋佳瑞.沈阳工业大学 2017
[2]四旋翼无人直升机飞行控制技术研究[D]. 单海燕.南京航空航天大学 2008
[3]基于C空间和人工势场的4R机器人路径规划[D]. 孙华林.合肥工业大学 2008
[4]微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究[D]. 聂博文.国防科学技术大学 2006
本文编号：3506798
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