四旋翼的协调编队飞行控制

发布时间：2017-09-25 01:29

  本文关键词：四旋翼的协调编队飞行控制

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【摘要】：科学的进步和技术的发展不断的提升着自动化在日常生活以及工业生产中的比重,家用服务型机器人,工业设备生产机器人,具备军事作战能力的机器人都在现如今比较苛刻危险的工作环境中替代了人力的劳作,提高工作执行效率以及安全程度。但在单个智能体研究的过程中,随之任务的复杂会对智能体提出过高的运算负荷,和巨量的工作任务,降低了时效性。多智能体的编队协同工作的研究就是要解决多个智能体之间分布式的自治式完成既定的局部任务,从而降低每一个智能体的消耗资源。编队系统控制已经在卫星,航母群等军事领域得到了广泛的应用。四旋翼作为机器人的重要分支,越来越受到了广大学者的重视,尤其是在编队系统控制上,现在的研究重点主要有:编队的形成和切换,飞行时的路径规划,编队协同控制机制。多机器人编队主要方法有:跟随领航者法、基于行为法、虚拟结构法。本文选取四旋翼为研究对象,采用跟随领航者法,利用相对偏差距离和相对偏差角度进行编队控制。推导了四旋翼的数学模型并给出了积分Backstepping和PID相结合的控制率的设计完成了单机的轨迹跟踪控制。在确定的编队形式下给出了编队中各个四旋翼位置的描述,建立了不考虑动力学模型的空间运动模型,利用经典的PID控制算法给出了编队保持控制器的设计,使得四旋翼编队在飞行过程中能够保持。为了能够进行编队实验,搭建了分布式控制系统,将实验用的四旋翼遥控器的模拟电位电压输出的点位阀替换成了数字控制器PC-104的DA输出端口,在Matlab中通过控制框图构建控制算法,通过NetCon实验监控系统进行实验的调试和数据采集。最后,给出了单个四旋翼的轨迹跟踪实验,给出了四旋翼编队的轨迹跟踪实验,并对控制效果进行分析。
【关键词】：多智能体编队 L-F编队算法 PID控制算法 轨迹跟踪
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题背景和意义8-11
• 1.2 四旋翼发展及编队控制国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国内四旋翼的研究历史和现状11-13
• 1.2.2 国外四旋翼研究历史与现状13-14
• 1.3 多智能体编队控制关键技术14-15
• 1.3.1 导航与定位14-15
• 1.3.2 信息交互15
• 1.3.3 仿生学研究15
• 1.4 多智能体编队任务描述15-16
• 1.4.1 多智能体编队控制15-16
• 1.5 本论文研究内容及章节安排16-17
• 第2章 四旋翼编队理论基础17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 四旋翼模型17-23
• 2.2.1 四旋翼工作原理17-19
• 2.2.2 飞行器姿态角描述19
• 2.2.3 坐标系转换19-21
• 2.2.4 四旋翼的控制模型21-23
• 2.3 控制策略23-24
• 2.4 图论简介24-25
• 2.4.1 图论基本概念24
• 2.4.2 基于F-L编队的图论定义24-25
• 2.5 实验平台综述25-29
• 2.5.1 NetCon网络化控制系统25
• 2.5.2 PC-104控制器25-26
• 2.5.3 网络化控制工具包26-27
• 2.5.4 实验环境和实验用四旋翼27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 四旋翼控制算法设计30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 四旋翼轨迹跟踪控制30-36
• 3.2.1 问题描述30-31
• 3.2.2 控制器设计31-36
• 3.3 单个四旋翼飞行试验36-43
• 3.3.1 点镇定实验36-39
• 3.3.2 轨迹跟踪实验39-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 四旋翼编队协调控制44-60
• 4.1 引言44
• 4.2 编队系统44-47
• 4.2.1 编队系统结构44-45
• 4.2.2 编队系统的类型45
• 4.2.3 编队协作研究方法45-47
• 4.3 编队控制器设计47-51
• 4.3.1 L-F的控制算法48-51
• 4.3.2 控制器设计51
• 4.4 编队飞行实验51-59
• 4.4.1 线性编队的直线轨迹跟踪52-54
• 4.4.2 直线编队的圆轨迹编队飞行54-56
• 4.4.3 时变编队飞行控制56-59
• 4.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-67
• 致谢67

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本文编号：914595