基于分布式观测器的多无人机系统容错控制技术研究
发布时间:2023-04-14 22:52
近二三十年来,无人机在民用和军事领域发挥着越来越多的作用,如情报侦察、物资运输、农林植保等。随着集成芯片、人工智能、信息与通信等技术的发展,无人机的发展朝着更加自主化、智能化、集群化的方向发展。多无人机协同控制技术因潜在的军用和商用价值而成为各国争相研究的热点,其中多无人机协同系统的安全性和可靠性至关重要。因此,多无人机协同系统故障诊断和容错控制技术的研究受到学者的极大关注,但同时通信网络和结构的复杂性,给诊断和容错技术的实现带来挑战。本文基于分布式观测器方法,研究了多无人机协同系统的故障诊断和容错控制技术,搭建了半物理仿真实验平台,验证了所提方法的有效性。首先,阐述课题的研究背景和意义,并对多无人机协同系统的故障诊断与容错控制技术的国内外研究现状进行了综述。然后,使用图论的方法对多无人机协同系统中无人机之间的通信关系建模,同时建立了无人机飞行控制系统的非线性模型和线性模型。其次,为解决故障导数和扰动上界需要已知的问题,针对含有扰动和传感器故障的多无人机协同系统,提出了一种基于分布式奇异观测器的故障估计算法,利用矩阵变换将无人机控制系统转换为奇异系统,并设计分布式奇异观测器进行故障估计...
【文章页数】:90 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 多无人机协同系统与容错控制技术概述
1.2.1 多无人机协同系统
1.2.2 故障诊断
1.2.3 容错控制
1.3 国内外研究现状
1.3.1 多无人机协同系统故障诊断
1.3.2 多无人机协同系统容错控制
1.4 本文主要研究内容与章节安排
第二章 多无人机协同系统通信建模与无人机飞控系统建模
2.1 引言
2.2 多无人机协同系统通信关系建模
2.3 Kronecker乘积定义及其性质
2.4 无人机飞行控制系统数学建模
2.4.1 无人机非线性数学模型
2.4.2 无人机线性数学模型
2.5 本章小结
第三章 基于分布式奇异观测器的传感器故障诊断
3.1 引言
3.2 问题描述
3.3 分布式奇异故障估计观测器设计
3.3.1 全局误差系统设计
3.3.2 分布式故障估计算法设计
3.4 仿真验证
3.5 本章小结
第四章 基于分布式观测器的多无人机系统主动容错控制
4.1 引言
4.2 问题描述
4.3 基于分布式观测器的传感器故障主动容错控制
4.3.1 协同容错控制器设计
4.3.2 全局跟踪误差稳定性证明
4.4 仿真验证
4.5 本章小结
第五章 基于多无人机容错控制实验平台的半物理验证实验
5.1 引言
5.2 多无人机协同系统容错控制实验平台主要组成
5.2.1 室内红外定位系统
5.2.2 无人机QBALL-X4及其数学模型
5.2.3 地面无人机QBOT2
5.3 故障注入功能设计和实现
5.3.1 执行器故障注入方法
5.3.2 传感器故障注入方法
5.3.3 通信故障注入方法
5.4 插值GS-PID容错控制实验
5.4.1 多故障模式观测器故障诊断
5.4.2 增益调度PID控制器设计
5.4.3 实验结果
5.5 Simulink/QUARC控制器模块设计
5.6 多无人机容错控制验证实验
5.6.1 无故障情况下验证实验
5.6.2 传感器故障情况下验证实验
5.7 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录与参加科研情况
本文编号:3790852
【文章页数】:90 页
【学位级别】:硕士
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摘要
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缩略词
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 多无人机协同系统与容错控制技术概述
1.2.1 多无人机协同系统
1.2.2 故障诊断
1.2.3 容错控制
1.3 国内外研究现状
1.3.1 多无人机协同系统故障诊断
1.3.2 多无人机协同系统容错控制
1.4 本文主要研究内容与章节安排
第二章 多无人机协同系统通信建模与无人机飞控系统建模
2.1 引言
2.2 多无人机协同系统通信关系建模
2.3 Kronecker乘积定义及其性质
2.4 无人机飞行控制系统数学建模
2.4.1 无人机非线性数学模型
2.4.2 无人机线性数学模型
2.5 本章小结
第三章 基于分布式奇异观测器的传感器故障诊断
3.1 引言
3.2 问题描述
3.3 分布式奇异故障估计观测器设计
3.3.1 全局误差系统设计
3.3.2 分布式故障估计算法设计
3.4 仿真验证
3.5 本章小结
第四章 基于分布式观测器的多无人机系统主动容错控制
4.1 引言
4.2 问题描述
4.3 基于分布式观测器的传感器故障主动容错控制
4.3.1 协同容错控制器设计
4.3.2 全局跟踪误差稳定性证明
4.4 仿真验证
4.5 本章小结
第五章 基于多无人机容错控制实验平台的半物理验证实验
5.1 引言
5.2 多无人机协同系统容错控制实验平台主要组成
5.2.1 室内红外定位系统
5.2.2 无人机QBALL-X4及其数学模型
5.2.3 地面无人机QBOT2
5.3 故障注入功能设计和实现
5.3.1 执行器故障注入方法
5.3.2 传感器故障注入方法
5.3.3 通信故障注入方法
5.4 插值GS-PID容错控制实验
5.4.1 多故障模式观测器故障诊断
5.4.2 增益调度PID控制器设计
5.4.3 实验结果
5.5 Simulink/QUARC控制器模块设计
5.6 多无人机容错控制验证实验
5.6.1 无故障情况下验证实验
5.6.2 传感器故障情况下验证实验
5.7 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录与参加科研情况
本文编号:3790852
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