可抗干扰四旋翼无人机编队控制方法研究

发布时间：2020-09-07 18:16

　　 四旋翼无人机因结构简单、控制方便和造价成本低等特点已经被广泛应用于军民用领域,为了增强无人机执行任务的能力,以四旋翼无人机为平台的编队控制成为研究热点之一。复杂电磁环境下,无人机编队容易受干扰,增强无人机编队的抗干扰能力成为亟待解决的问题。本文对四旋翼无人机编队的抗干扰问题开展研究,设计出一种基于双模式切换的四旋翼无人机编队可抗干扰控制方法。针对无人机编队受干扰前后的控制问题,分别设计了基于信息交互的一致性编队控制方法和基于协同航迹规划和跟踪的编队控制方法。论文的主要研究内容如下:首先,对四旋翼无人机编队的抗干扰问题进行了分析,给出了基于双模式切换的无人机编队抗干扰控制设计方案。根据干扰对编队无人机之间通信的影响,将无人机编队的受干扰过程分为受干扰前、干扰过程中和干扰解除三个阶段。针对干扰前和干扰解除后,无人机之间通信正常的情况,提出编队控制模式1——基于无人机之间信息交互的无人机编队控制模式的设计思想;针对受干扰过程中,无人机之间通信中断的情况,提出编队控制模式2——基于协同航迹规划和跟踪的无人机编队控制模式的设计思想。对双模式之间的切换过程进行分析,设计了双模式切换机制。针对编队控制模式1,设计了基于一致性理论的四旋翼无人机编队保持控制。建立了四旋翼无人机编队的数学模型,设计了无人机之间的通信拓扑;分析了无人机编队的一致性问题,给出了一致性变量;采用虚拟结构法给出了四旋翼无人机编队在有领航者情况下的编队保持控制协议,并给出了控制协议的稳定性证明。针对编队控制模式2,设计了基于协同航迹规划的四旋翼无人机编队保持控制。对协同航迹规划和航迹跟踪问题进行分析,给出了基于协同航迹规划的四旋翼无人机编队保持控制方案。采用栅格图法建立了无人机的飞行环境,运用蚁群算法进行路径搜索,规划了无人机编队的参考航迹,根据参考航迹和协同变量,规划了无人机编队的协同航迹。考虑无人机跟踪航线飞行过程中受外界干扰问题,采用滑模控制方法,设计了四旋翼无人机的位置和姿态跟踪控制器。最后,针对两种编队控制模式分别进行了仿真实验。仿真结果验证了两种编队控制模式的合理性和有效性。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V279;V249.1
【部分图文】：

南京航空航天大学全日制专业硕士学位论文数据，使得飞控变得更加小型化。2013 年 1 月中国大疆创新公司（DJI）推出精灵（Phantom）四旋翼无人机，如图 1.9 所示，该无人机控制简单、抗风性好，内置的 GPS 导航功能使得无人机可以在户外大范围飞行。另外，其研发设计的高精度消抖云台、IOSD 黑匣子以及图传系统，使得四旋翼无人机成为“会飞的相机”。

该无人机控制简单、抗风性好，内置的 GP。另外，其研发设计的高精度消抖云台、IOSD 黑会飞的相机”。 AR.Drone 图 1. 9 大疆 P研究则更多关注飞行控制技术。2012 年 2 月，美 上进行了四旋翼无人机发展史上里程碑式的演讲的灵活性以及编队协作能力[10]。

可抗干扰四旋翼无人机编队控制方法研究（2）目标搜寻：多旋翼无人机能够参与搜寻任务，首先对无人机的目标识别和跟踪能力要求较高；其次是信息传输能力，无人机进行搜索的环境可能比较恶劣，保障实时高效的信息反馈，需要一定的技术手段。图 1.13 所示为四旋翼无人机参与协助搜索任务。（3）运送物流：用多旋翼无人机进行物流运送，能够极大的提高运送效率，但对无人机的自主飞行能力要求较高，针对飞行过程中可能遇到的突发状况，要求无人机能够做出自主规避、安全返回或其他“智能”应对措施，保障物流安全。图 1.14 为京东物流无人机在印尼完成首飞。

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本文编号：2813670