无人机编队飞行控制器关键技术的研究

摘要

多无人机协同编队飞行相对单机（单架无人机）飞行而言，无论是完成任务的成功率上还是在实效性都得到了显著提高，在一定程度上拓宽了无人机的应用范围。无人机的广泛用途与编队飞行方式的种种优点，使得无人机编队飞行这一研究课题得到了各界的广泛重视，是未来无人机飞行技术的发展趋势。本文主要以无人机编队飞行为研究背景，对无人机编队飞行不同过程的控制律进行研究与分析。
　　首先，简要介绍了本文的主要控制算法——智能体一致性算法。
　　其次，对无人机编队的集结过程进行分析。由于纵向与横侧向的解耦特性，本文对集结过程的纵向同步与横侧向同步分别进行研究。基于一致性算法，对两个方向的无人机同步运动分别设计控制律。同时，根据实际情况与无人机性能等限制条件，相应地提出了三种集结策略，并且该集结策略在已交付的预研项目中也得到应用。本章对集结过程纵向与横侧向的两个方向同步控制律的设计，以及此过程中两个方向协同变量的选取方式是本文的创新点所在，该设计进一步简化了传统的集结控制律设计。
　　然后，继集结过程之后，分析了紧密编队与编队切换过程。紧密编队过程解决了集结过程中遗留下来的编队松散、速度可能不一致等问题。接着，在编队稳定后，通过改变协同位置变量的方法，可完成队形切换飞行动作。此外，为了更加精确的控制无人机编队飞行，本文设计了模糊PID协同误差处理器，以控制减小协同误差。本章引入的协同误差处理器，优化了以往编队控制过程中通常忽略定位、导航等误差的处理方式。
　　最后，分别设计多个测试用例，对集结过程和紧密编队以及编队切换过程进行了仿真，仿真结果表明本文设计的控制律是切实可行的，为工程应用提供了设计参考。

目录

声明

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 智能体信息一致性理论研究

2.1 引言

2.2 一致性理论的发展

2.3 图论相关基础知识

2.4 线性系统的一致性稳定分析

2.5 无人机编队飞行中的一致性研究

2.6 本章小结

第三章 无人机编队集结过程的控制方法研究

3.1 引言

3.2 无人机数学模型

3.3 基于信息一致性理论的集结控制算法

3.4 无人机编队集结策略的设计

3.5 本章小结

第四章 无人机编队保持及切换过程的控制方法研究

4.1 引言

4.2 无人机编队常见队形结构及控制方法

4.3 编队队形描述与紧密编队协同变量定义

4.4 基于模糊PID算法的协同误差处理器设计

4.5 无人机紧密编队控制律设计

4.6 本章小结

第五章 无人机集结及编队过程数学仿真与应用

5.1 引言

5.2 无人机集结过程仿真验证

5.3无人机三种集结策略仿真及工程应用

5.4 无人机编队保持及切换仿真

5.5 本章总结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 未来与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文