多飞行器的协同搜索路径规划与控制

发布时间：2022-02-18 15:58

　　本文以国际空中机器人大赛的第8代任务为背景,主要研究协同搜索路径规划与控制算法设计问题。从多机协同路径规划的角度出发,对于协同覆盖方法中的STC方法与CAPT方法进行改进,并且基于改进STC方法以及改进CAPT方法进行路径规划算法的设计。从单机路径规划与路径跟踪控制的角度出发,基于Null-Space方法设计位置跟踪和速度跟踪控制算法。本文主要研究工作如下:首先,建立四旋翼飞行器动力学模型并给出协同搜索路径规划与控制问题的数学描述。定义用于建模及问题描述的坐标系并给出转换关系;根据动力学原理建立四旋翼飞行器动力学模型并对模型进行简化;将路径规划与控制问题按多机与单机两个层面划分为路径规划问题与路径跟踪控制问题,并给出两类问题的数学描述。其次,设计基于协同覆盖的搜索路径规划算法。考虑给定的区域和目标点的最短时间覆盖和防止碰撞问题,提出一种基于改进STC方法的区域覆盖路径规划算法和一种基于改进CAPT方法的目标点覆盖路径规划算法,通过仿真测试验证两类路径规划算法的有效性。然后,设计基于Null-Space方法的路径跟踪控制算法。考虑路径跟踪和对于未知运动障碍物的避障问题,提出一种基于Nul... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 无人机协同搜索路径规划
        1.2.2 无人机路径跟踪控制
    1.3 论文主要内容及章节安排
第2章 四旋翼飞行器建模与问题描述
    2.1 引言
    2.2 坐标系定义及转换关系
    2.3 四旋翼飞行器建模
        2.3.1 动力学模型
        2.3.2 模型简化
    2.4 协同搜索路径规划与控制问题描述
        2.4.1 协同搜索路径规划与控制问题分析
        2.4.2 路径规划问题描述
        2.4.3 路径跟踪控制问题描述
    2.5 本章小结
第3章 基于协同覆盖的搜索路径规划算法设计
    3.1 引言
    3.2 基于改进STC方法的区域覆盖路径规划算法设计
        3.2.1 STC方法基本原理
        3.2.2 STC方法的改进
        3.2.3 基于改进STC方法的路径规划
    3.3 基于改进CAPT方法的目标点覆盖路径规划算法设计
        3.3.1 CAPT方法基本原理
        3.3.2 CAPT方法的改进
        3.3.3 基于改进CAPT方法的路径规划
    3.4 仿真结果及分析
        3.4.1 仿真初始条件
        3.4.2 区域覆盖路径规划算法仿真
        3.4.3 目标点覆盖路径规划算法仿真
    3.5 本章小结
第4章 基于Null-Space方法的路径跟踪控制算法设计
    4.1 引言
    4.2 基于Null-Space方法的路径跟踪控制算法设计
        4.2.1 位置跟踪控制算法设计
        4.2.2 速度跟踪控制算法设计
    4.3 仿真结果及分析
    4.4 本章小结
第5章 协同搜索路径规划与控制算法实现与仿真
    5.1 引言
    5.2 算法实现
    5.3 仿真结果及分析
        5.3.1 仿真初始条件
        5.3.2 协同搜索路径规划与控制算法仿真
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他研究成果
致谢



本文编号：3631122