多飞行器编队三维避障算法研究

发布时间：2017-09-28 12:04

  本文关键词：多飞行器编队三维避障算法研究

  更多相关文章： 多飞行器编队 多智能体编队 矢量人工势能场法 避障问题 回环力

【摘要】：随着现代军事战争的发展,对多飞行器协同作战的要求战越来越高。在包含编队队形控制和避障控制的多飞行器编队协同控制方法中,人工势能场法是一种常用方法,具有高实时性和对突发威胁的突防能力强等特点,当也存在局部困扰现象导致飞行器无法避开障碍物且无编队队形保持能力、存在零势能点导致飞行器停止移动等不足。本文针对多飞行器编队避障问题,对现有人工势能场法进行改进,提出了矢量人工势能场法,建立了相关模型并进行仿真,主要研究工作包括以下几方面内容:1.在对多飞行器编队避障问题的国内外研究现状进行综述的基础上,将飞行器归为一类智能体,分析了解决多智能体编队避障问题的人工势能场法,对现有人工势能场法进行改进,提出了矢量人工势能场法,该算法同时考虑了多智能体编队避障和编队队形控制问题,通过在合力中加入回环力与多飞行器之间作用力,由合力实时地确定加速度以不断更新飞行器的速度以及采用矢量表示合力、加速度和速度;且该方法考虑了编队队形控制问题。2.在多智能体编队避障问题的研究中,建立了新的障碍物模型、智能体模型、目标模型、编队模型和合力模型,改进了多智能体的避障方式。所建模型均含有二维和三维模型;智能体的避障方式从二维拓展到三维。采用复杂形状障碍物设计了布满复杂障碍物的运行环境,并归纳了矢量人工势能场法的算法步骤。3.采用飞行器作为实例进行数值仿真,分别在布满简单和复杂障碍物的环境中进行单个飞行器和多飞行器编队的避障数值仿真,且分别在二维和三维空间中进行数值仿真。从飞行器二维和三维避障的数值仿真结果看,所有飞行器都通过障碍物区域,且最终维持了编队队形,此数值仿真结果验证了矢量人工势能场法应用在解决多飞行器编队避障问题中的可行性和有效性。4.为增强三维避障算法的可视化效果,搭建了基于Microsoft Visual Studio 2010、MATLAB 2010和XNA 4.0的三维视景仿真平台,并展示了飞行器在该平台上的三维避障效果。
【关键词】：多飞行器编队 多智能体编队 矢量人工势能场法 避障问题 回环力
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-15
• 第1章 绪论15-22
• 1.1 研究背景15-17
• 1.2 国内外研究现状17-21
• 1.2.1 国内研究现状18-19
• 1.2.2 国外研究现状19-21
• 1.3 论文结构安排21-22
• 第2章 人工势能场法的分析22-25
• 2.1 人工势能场法22-23
• 2.2 人工势能场法的算法步骤23
• 2.3 人工势能场法的优缺点23-24
• 2.3.1 人工势能场法的优点23-24
• 2.3.2 人工势能场法的缺点24
• 2.4 小结24-25
• 第3章 矢量人工势能场法25-47
• 3.1 矢量人工势能场法的提出25-26
• 3.2 二维矢量人工势能场法26-35
• 3.2.1 二维智能体、障碍物和目标模型26-28
• 3.2.2 二维合力模型28-33
• 3.2.3 智能体二维避障方式33-35
• 3.3 三维矢量人工势能场法35-45
• 3.3.1 三维智能体、障碍物和目标模型35-37
• 3.3.2 三维合力模型37-43
• 3.3.3 智能体三维避障方式43-45
• 3.4 矢量人工势能场法的算法步骤与创新之处45-46
• 3.4.1 矢量人工势能场法的算法步骤45-46
• 3.4.2 矢量人工势能场法的创新之处46
• 3.5 小结46-47
• 第4章 单个飞行器的避障问题仿真研究47-58
• 4.1 硬件环境与仿真方法47
• 4.2 二维点状障碍物避障仿真47-49
• 4.2.1 仿真环境47-48
• 4.2.2 仿真数据48
• 4.2.3 仿真结果48-49
• 4.3 二维任意形状障碍物避障仿真49-51
• 4.3.1 仿真环境49-50
• 4.3.2 仿真数据50-51
• 4.3.3 仿真结果51
• 4.4 三维点状障碍物避障仿真51-54
• 4.4.1 仿真环境51-52
• 4.4.2 仿真数据52-53
• 4.4.3 仿真结果53-54
• 4.5 三维任意形状障碍物避障仿真54-57
• 4.5.1 仿真环境54-56
• 4.5.2 仿真数据56
• 4.5.3 仿真结果56-57
• 4.6 小结57-58
• 第5章 多飞行器编队的避障问题仿真研究58-65
• 5.1 二维点状障碍物避障仿真58-59
• 5.1.1 仿真数据58
• 5.1.2 仿真结果58-59
• 5.2 二维任意形状障碍物避障仿真59-60
• 5.2.1 仿真数据59-60
• 5.2.2 仿真结果60
• 5.3 三维点状障碍物避障仿真60-62
• 5.3.1 仿真数据61
• 5.3.2 仿真结果61-62
• 5.4 三维任意形状障碍物避障仿真62-63
• 5.4.1 仿真数据62
• 5.4.2 仿真结果62-63
• 5.5 三维视景平台的建立63-64
• 5.6 小结64-65
• 第6章 结论与展望65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-72
• 发表论文和参加科研情况说明72-75
• 致谢75-77
• 附录77-88
• 附录 177-78
• 附录 278-79
• 附录 379-80
• 附录 480-81
• 附录 581-82
• 附录 682-84
• 附录 784-86
• 附录 886-88

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本文编号：935723