四旋翼无人机编队飞行的控制方法研究

摘要

近年来，在无人机市场中四旋翼无人机以其低廉的价格和灵活的操作性开始受到人们的日益关注。在对单个无人机的研究过程中，发现单架无人机存在飞行距离短，载重有限等问题，因此在一定程度上限制了单个无人机的应用。如何解决单架无人机在应用中的不足成为了研究重点之一。多无人机的编队控制能够很好的解决单架无人机存在的不足，如何协调多架无人机的编队成为研究的热点。 目前，对地面移动机器人编队的理论研究己经有了大量的研究成果，并且十分的成熟，在分析现有编队理论的基础上，选取出合适的编队算法。由于无人机的数学模型较为复杂，因此在研究过程中需要结合四旋翼无人机数学模型的特点，重新设计速度控制器。 本课题为能够实现多无人机的编队飞行，做出的主要研究内容如下： (1)为了实现四旋翼无人机编队飞行任务，首先分析了四旋翼无人机的构成及其原理，熟悉其数学模型，进而开展飞行速度控制研究，将传统的 PID 速度控制与非线性控制相结合，设计了四旋翼无人机的速度控制器。 (2)对四旋翼无人机的飞行控制系统进行了系统的研究，为实现编队飞行，定义了编队飞行中队形保持需要满足的约束条件。 (3)为了能使多无人机保持期望的队形进行飞行，在满足编队队形条件约束之下，采用超椭圆数学模型来描述四旋翼无人机的期望队形，并提出了编队飞行的控制策略，理论分析和稳定性证明都说明该方法的有效性。

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