旋翼无人机的自适应模糊协同控制

发布时间：2017-09-14 21:08

  本文关键词：旋翼无人机的自适应模糊协同控制

  更多相关文章： 自适应模糊控制 多旋翼无人机 协同控制 ∞控制 轨迹跟踪

【摘要】：多旋翼无人机由于其性价比高、实用性强等特点,越来越受到人类的重视,其应用越来越广泛。但由于其动态系统为非线性、强耦合,并且对外界及自身系统干扰敏感等特点使其系统难以控制。本文针对多旋翼无人机的姿态系统,设计了自适应模糊控制器,使其系统得到稳定控制,并且加入了∞控制,抑制干扰。协同行为是自然界中特别常见的现象,简单的描述为一群生物个体在运动过程中相互之间进行局部信息通信,共同完成一个比较复杂的任务,相互之间行为不会发生碰撞,并且距离和速度趋于一致。这种协同行为的存在有利于各种生物的生存和基因的延续,可以完成单个个体无法完成的任务,节约能量,提高效率。将这种机制应用于多旋翼无人机上,可以实现多架多旋翼的编队飞行。其鲁棒性、可适应性和灵活性等特点,更适合执行复杂的任务。本论文主要研究了多旋翼无人机,针对其姿态系统的非线性和多变量的特点,设计了自适应模糊控制器,并结合协同控制算法,实现了多架多旋翼无人机的协同行为,验证了所设计的控制器的有效性。主要工作如下:1、多旋翼无人机是欠驱动、强耦合的系统,为了提高控制飞行器的稳定性,设计了自适应模糊控制器,加入∞控制,并且解决了在有干扰的情况下,旋转子系统对姿态角的稳定跟踪,误差收敛为零;2、通过引进虚拟变量,将旋转子系统的自适应模糊控制器与位置子系统的协同控制算法相结合,通过实现协同控制验证了自适应模糊控制器的有效性。3、应用Lyapunov理论和La Salle不变理论,证明了所设计的控制器的稳定性。本论文的主要创新点:一方面针对四旋翼无人机的姿态系统设计了自适应模糊控制器,加入了∞控制,有效的实现了跟踪姿态角,并且在外界干扰的情况下使得系统跟踪误差衰减到任意小。另一方面,引进了虚拟控制,利用协同控制算法计算出实现多架多旋翼无人机协同控制行为需要的姿态角,结合自适应模糊控制器,实现协同行为,抑制干扰。以上工作,通过matlab仿真验证所设计的控制器有效。
【关键词】：自适应模糊控制 多旋翼无人机 协同控制 ∞控制 轨迹跟踪
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279;V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 引言10
• 1.2 研究背景及研究意义10-13
• 1.2.1 协同控制及无人机的研究11-12
• 1.2.2 自适应模糊控制的研究12-13
• 1.3 国内外研究概况13-16
• 1.4 本文的研究内容和结构安排16-17
• 第二章 问题和方案17-25
• 2.1 四旋翼无人机的控制问题17-21
• 2.1.1 四旋翼无人机17-19
• 2.1.2 四旋翼的动力学模型19-21
• 2.2 旋转子系统的控制方案21-22
• 2.3 位置子系统的协同控制方案22-23
• 2.4 设计的总体方案23
• 2.5 本章小结23-25
• 第三章 自适应模糊控制器设计25-38
• 3.1 系统和问题描述25-26
• 3.2 设计自适应模糊控制器26-31
• 3.3 自适应模糊控制器跟踪有效性证明31-33
• 3.4 仿真结果33-36
• 3.5 本章小结36-38
• 第四章 四旋翼无人机的协同控制实现38-60
• 4.1 系统总体框图38-39
• 4.2 控制目标及数学描述39-40
• 4.3 无人机的位置子系统的控制40-42
• 4.4 Flocking算法42-45
• 4.4.1 势能函数42-43
• 4.4.2 实现Flcoking43-45
• 4.5 自适应模糊控制器与Flocking控制相结合45-46
• 4.6 稳定性证明46-53
• 4.6.1 基本概念47-48
• 4.6.2 邻接网络和拉普拉斯图的一致性48-49
• 4.6.3 总体动态49-50
• 4.6.4 Flocking算法的稳定分析50-53
• 4.7 仿真结果53-57
• 4.8 本章小结57-60
• 第五章 全文总结和展望60-62
• 5.1 全文总结60
• 5.2 工作展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67
• 攻硕期间取得的研究成果67-68

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2 谭健美;张琚;闫娟;;信息无人机系统——无人机发展史上新的里程碑[A];第二届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2006年

3 黄爱凤;邓克绪;;民用无人机发展现状及关键技术[A];第九届长三角科技论坛——航空航天科技创新与长三角经济转型发展分论坛论文集[C];2012年

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5 丁霖;;无人机系统人机交互界面浅析[A];探索 创新 交流（第4集）——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年

6 刘泽坤;吕继淮;;舰载无人机系统的环境适应性[A];人—机—环境系统工程创立20周年纪念大会暨第五届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];2001年

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5 祖茜枫;“综合者”：携带小导弹的小无人机[N];中国国防报;2008年

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本文编号：852317