无人机-无人车异构时变编队控制与扰动抑制
发布时间：2021-12-22 20:35
研究了无人机-无人车异构系统时变输出编队控制与扰动抑制问题,要求多无人机与无人车在受到未知外部扰动的情况下,保持设计的输出时变编队构型。首先,对无人机与无人车进行单体运动学与动力学建模,同时建立扰动模型,并引入代数图论概念,建立异构集群系统的协同控制模型。然后,对各无人机-无人车设计了具有分层架构的分布式时变输出编队控制器,包含基于一致性理论的编队中心估计项和基于内模原理的扰动抑制补偿项。进一步分析异构系统实现输出时变编队的可行性条件,给出了分布式编队控制器的参数选取算法,并证明了时变编队控制器构成的闭环系统的稳定性。最后,通过仿真算例来验证所设计的编队控制器的有效性。
【文章来源】：航空学报. 2020,41(S1)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
麦克纳姆轮无人车示意图
每个无人机/无人车自身的姿态稳定控制是编队控制的基础，国内外学者在这方面也有着丰富的理论研究和相关实验；但是编队运动控制的研究重点在于多无人机-无人车之间的相对位置、形成的编队构型以及整体的编队运动等问题，因此，在本文的编队控制器设计及分析中，合理地忽略姿态控制的动态过程，仅考虑各无人机/无人车在空间中的位置控制。给出如图2所示的无人机-无人车异构集群系统的双环控制结构，每个无人机/无人车在内环独立进行姿态控制，在外环进行编队控制时每个无人机/无人车获取自身和邻居的位置、速度等状态信息，由1.3节建立的动力学模型特性可知无人车可直接响应速度指令，无人机通过姿态控制实现编队环所需的输出。在实际的无人机/无人车运动控制系统中，麦克纳姆轮无人车可以通过在内环的速度控制解算实现任意方向的运动，四旋翼无人机的位置控制可以通过调整姿态和推力实现任意方向的运动，且内外环的控制输出频率和响应时间常数均有数量级的差距，因此，在编队控制器分析设计时，其姿态环动态响应过程相对于编队控制可以忽略。
异构系统作用拓扑如图3所示，通信结构为有向通信拓扑，满足具有生成树。无人机与无人车期望形成旋转圆形编队的构型。2辆无人车在地面运行，2架无人机定高模式飞行，故本仿真中只考虑XY平面内的时变输出编队控制与扰动抑制问题。4.1.2 期望时变编队构型设计
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向空地协同作战的无人机-无人车异构时变编队跟踪控制[J]. 周思全,化永朝,董希旺,李清东,任章. 航空兵器. 2019(04)
[2]拦截高超声速目标的异类导弹协同制导律[J]. 赵启伦,陈建,董希旺,李清东,任章. 航空学报. 2016(03)
[3]Multiple UAVs/UGVs heterogeneous coordinated technique based on Receding Horizon Control （RHC） and velocity vector control[J]. DUAN HaiBin1,2,ZHANG YunPeng1,2 & LIU SenQi2 1State Key Laboratory of Virtual Reality Technology and Systems,Beihang University,Beijing 100191,China 2Science and Technology on Aircraft Control Laboratory,School of Automation Science and Electrical Engineering,Beihang University, Beijing 100191,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(04)
本文编号：3547047
【文章来源】：航空学报. 2020,41(S1)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
麦克纳姆轮无人车示意图
每个无人机/无人车自身的姿态稳定控制是编队控制的基础，国内外学者在这方面也有着丰富的理论研究和相关实验；但是编队运动控制的研究重点在于多无人机-无人车之间的相对位置、形成的编队构型以及整体的编队运动等问题，因此，在本文的编队控制器设计及分析中，合理地忽略姿态控制的动态过程，仅考虑各无人机/无人车在空间中的位置控制。给出如图2所示的无人机-无人车异构集群系统的双环控制结构，每个无人机/无人车在内环独立进行姿态控制，在外环进行编队控制时每个无人机/无人车获取自身和邻居的位置、速度等状态信息，由1.3节建立的动力学模型特性可知无人车可直接响应速度指令，无人机通过姿态控制实现编队环所需的输出。在实际的无人机/无人车运动控制系统中，麦克纳姆轮无人车可以通过在内环的速度控制解算实现任意方向的运动，四旋翼无人机的位置控制可以通过调整姿态和推力实现任意方向的运动，且内外环的控制输出频率和响应时间常数均有数量级的差距，因此，在编队控制器分析设计时，其姿态环动态响应过程相对于编队控制可以忽略。
异构系统作用拓扑如图3所示，通信结构为有向通信拓扑，满足具有生成树。无人机与无人车期望形成旋转圆形编队的构型。2辆无人车在地面运行，2架无人机定高模式飞行，故本仿真中只考虑XY平面内的时变输出编队控制与扰动抑制问题。4.1.2 期望时变编队构型设计
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向空地协同作战的无人机-无人车异构时变编队跟踪控制[J]. 周思全,化永朝,董希旺,李清东,任章. 航空兵器. 2019(04)
[2]拦截高超声速目标的异类导弹协同制导律[J]. 赵启伦,陈建,董希旺,李清东,任章. 航空学报. 2016(03)
[3]Multiple UAVs/UGVs heterogeneous coordinated technique based on Receding Horizon Control （RHC） and velocity vector control[J]. DUAN HaiBin1,2,ZHANG YunPeng1,2 & LIU SenQi2 1State Key Laboratory of Virtual Reality Technology and Systems,Beihang University,Beijing 100191,China 2Science and Technology on Aircraft Control Laboratory,School of Automation Science and Electrical Engineering,Beihang University, Beijing 100191,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(04)
本文编号：3547047
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