无人机—无人车空地联合编队控制研究

发布时间：2020-06-02 03:18

【摘要】：无人机-无人车空地联合编队协同能够有效扩大感知范围、提高感知精度,在民用、国防建设等方面具有十分广泛的应用前景。其中,队形保持与轨迹跟踪是无人机-无人车空地联合编队控制的重要研究方向,要求UAV/UGV空地联合编队在跟踪期望轨迹过程中,同时能够保持期望队形不变。基于以上要求,本论文针对单UAV/单UGV和多UAV/多UGV空地联合编队控制问题,将虚拟领航者和RBF神经网络引入到UAV/UGV空地联合编队的控制中,分别设计了UAV/UGV空地联合编队的队形保持控制算法与轨迹跟踪控制算法,对改善编队控制效率和推动无人器向智能型发展具有十分重要的理论意义。本论文的主要研究工作和成果如下:1)针对单UAV/单UGV和多UAV/多UGV空地联合编队的控制问题,建立了基于虚拟领航者的编队系统模型,设计了一种队形保持控制算法,并利用Lyapunov稳定性理论证明了队形保持控制系统的稳定性。2)针对单UAV/单UGV空地联合编队的轨迹跟踪问题,利用滑模变结构控制思想为无人机与无人车分别设计了一种虚拟领航轨迹跟踪控制算法,可实现单UAV/单UGV空地联合编队跟踪控制,仿真验证了控制算法的有效性。3)针对多UAV/多UGV空地联合编队的轨迹跟踪问题,建立了以加速度为统一控制输入的编队系统模型,设计了一种基于RBF神经网络轨迹跟踪控制算法,通过sigmoid函数和tanh函数在线调整网络权值,使得多UAV/多UGV空地联合编队能够快速到达期望位置,仿真验证了其有效性。
【图文】：

UAV小型固定翼 速度快、视察范围大、通信能力强 负载能力较低、观测精度低小型旋翼 垂直起落、盘旋、精确侦察能力强 负载能力较低UGV 负载能力大、精确观察地面目标视觉范围较小、速度较低、通信能力弱国外机构利用 UAV 与 UGV 各自优势通过相互协调，将 UAV/UGV 空地联合编队应用到实际工程中。例如，，佩特雷大学的 Christos Papachristos 等人利用单无人机-单无人车联合编队内部物理约束进行链接，系统依靠抽样的轨迹规划和 2×2 维分解模型，解决了长时间协作导航的问题[6]。罗马大学的 Lorenzo Rosa 等人将配备了摄像头的 UAV 与几辆 UGV 组成了异构多机器人系统，其中 UAV 为 UGV 提供周围环境信息，而 UGV执行专门任务[6]。延世大学的 Jin Hyo Kim 等人开发了一套多无人机、无人车路线规划系统，该套系统能够在无 GPS 情况下生成地面物体的深度图，并且可靠的发现障碍物[8]。国外机构研究的 UAV/UGV 空地联合编队如图 1.1 所示。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：V249;U463.6;E91

【参考文献】

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1 林涛;韩娜妮;;离散异构多自主体系统的分布式编队控制[J];自动化仪表;2017年02期

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3 刘聪;周强;胡晓光;;离散时间异质多智能体系统的一致性控制[J];工程科学学报;2016年01期

4 付明玉;焦建芳;;基于虚拟领航者的船舶无源协调编队控制研究[J];自动化学报;2014年03期

5 王祥科;李迅;郑志强;;多智能体系统编队控制相关问题研究综述[J];控制与决策;2013年11期

6 LUO QiNan;DUAN HaiBin;;An improved artificial physics approach to multiple UAVs/UGVs heterogeneous coordination[J];Science China(Technological Sciences);2013年10期

7 李一波;王新星;姚宗信;崔世海;申晓玲;;无人平台自主能力分级的四指标模型[J];电光与控制;2012年10期

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10 王冬梅;方华京;;基于虚拟领航者的智能群体群集运动控制[J];华中科技大学学报(自然科学版);2008年10期

本文编号：2692522