海上无人机协同编队飞行控制技术研究

发布时间：2017-09-09 02:03

  本文关键词：海上无人机协同编队飞行控制技术研究

  更多相关文章： 无人机 协同编队 飞行控制 化学反应算法 队形保持 队形变换

【摘要】：多无人机协同编队飞行(Cooperative Formation Flight,简称“CFF”)在军事和民用领域具有广阔的发展和应用前景,它已经成为近年来无人机技术研究中的核心方向,使得世界各国特别是世界上的先进大国越来越重视和关注其的发展。本文以无人机为研究背景,着重研究了海上无人机协同编队飞行控制问题。首先,在单机模型的基础上,通过惯性坐标轴系和编队坐标轴系之间的转换关系,建立了同一海平面内的多无人机基本编队飞行相对运动模型。通过分析和研究海上威胁因素以及多无人机编队飞行中的气动耦合效应对编队飞行控制的影响,建立了海上无人机紧密编队飞行的完整运动学模型。其次,针对建立的海上无人机紧密编队飞行模型,设计了基于经典控制理论的编队飞行常规控制器。针对海上编队飞行特点,提出了一种化学反应优化算法,并将其引入编队飞行控系统,设计了基于化学反应优化算法的编队飞行控制器。仿真结果验证了两种控制器的有效性,并表明基于化学反应优化算法的控制器在编队飞行队形保持和队形变换的性能上更加优越。最后,介绍了实验室研制的小型无人机系统,并详细阐述了其海上编队飞行子系统的设计和物理实现,包括海上编队飞行软件设计,环境和任务数据加载和验证等,进一步验证所设计的编队飞行控制系统的可行性。
【关键词】：无人机 协同编队 飞行控制 化学反应算法 队形保持 队形变换
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-17
• 1.1 研究背景与意义13-14
• 1.1.1 多无人机技术应用背景13-14
• 1.1.2 海上无人机应用背景14
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势14-15
• 1.3 本文的主要研究内容及章节安排15-17
• 第二章 海上无人机编队飞行运动学建模17-35
• 2.1 引言17
• 2.2 常用坐标系及其之间的转换17-18
• 2.2.1 常用坐标系17
• 2.2.2 常用坐标系之间的相互转换17-18
• 2.3 海上无人机的数学模型18-21
• 2.4 海上无人机基本编队飞行相对运动模型21-22
• 2.5 海上无人机编队飞行环境影响分析22-30
• 2.5.1 海上威胁源建模23-24
• 2.5.2 Biot-Savart定律24-25
• 2.5.3 基本马蹄形涡流模型25
• 2.5.4 编队飞行中涡的简化25-26
• 2.5.5 上洗流和侧洗流分析26-27
• 2.5.6 编队飞行气动力变化分析27-30
• 2.6 海上无人机紧密编队飞行模型30-34
• 2.6.1 带自动驾驶仪的无人机运动学模型30-31
• 2.6.2 海上无人机紧密编队飞行的简单模型31-33
• 2.6.3 海上无人机紧密编队飞行的完整模型33-34
• 2.7 本章小结34-35
• 第三章 紧密编队飞行控制系统设计35-53
• 3.1 引言35
• 3.2 紧密编队飞行控制系统原理35-36
• 3.3 编队飞行控制策略36-37
• 3.4 编队飞行常规控制系统设计37-40
• 3.4.1 控制系统结构37-38
• 3.4.2 编队飞行控制律的设计38-40
• 3.5 化学反应优化算法40-46
• 3.5.1 CRO算法概述与特点40-41
• 3.5.2 CRO算法的基本原理41-46
• 3.5.3 CRO算法参数和约束条件46
• 3.6 基于CRO的编队飞行控制系统设计46-51
• 3.6.1 基于CRO的控制系统结构47-48
• 3.6.2 基于CRO的控制系统设计48-51
• 3.7 本章小结51-53
• 第四章 编队飞行控制系统仿真及分析53-59
• 4.1 引言53
• 4.2 仿真参数确定53
• 4.2.1 编队飞行常规控制系统参数确定53
• 4.2.2 基于CRO的编队飞行控制系统参数确定53
• 4.3 仿真结果与分析53-58
• 4.3.1 两种编队飞行控制器比较53-55
• 4.3.2 编队队形保持仿真55-56
• 4.3.3 编队队形变换仿真56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 小型无人机海上编队飞行实现59-70
• 5.1 引言59
• 5.2 小型无人机系统59-64
• 5.2.1 机载飞控系统60
• 5.2.2 地面测控系统60-63
• 5.2.3 伺服系统63
• 5.2.4 传感器系统63-64
• 5.3 无人机海上编队飞行子系统设计及实现64-69
• 5.3.1 海上编队飞行软件设计64-65
• 5.3.2 海上编队飞行环境信息设定65-66
• 5.3.3 海上编队飞行任务信息设定66-67
• 5.3.4 海上编队飞行数据加载67
• 5.3.5 海上编队飞行的验证67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 本文工作总结与创新70
• 6.2 进一步的工作展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

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本文编号：817636