无人机-无人车空地联合编队控制研究

摘要

无人机-无人车空地联合编队协同能够有效扩大感知范围、提高感知精度，在民用、国防建设等方面具有十分广泛的应用前景。其中，队形保持与轨迹跟踪是无人机-无人车空地联合编队控制的重要研究方向，要求UAV/UGV空地联合编队在跟踪期望轨迹过程中，同时能够保持期望队形不变。基于以上要求，本论文针对单 UAV/单 UGV和多UAV/多UGV空地联合编队控制问题，将虚拟领航者和RBF神经网络引入到UAV/UGV空地联合编队的控制中，分别设计了UAV/UGV空地联合编队的队形保持控制算法与轨迹跟踪控制算法，对改善编队控制效率和推动无人器向智能型发展具有十分重要的理论意义。本论文的主要研究工作和成果如下：
　　1)针对单UAV/单UGV和多UAV/多UGV空地联合编队的控制问题，建立了基于虚拟领航者的编队系统模型，设计了一种队形保持控制算法，并利用 Lyapunov稳定性理论证明了队形保持控制系统的稳定性。
　　2)针对单UAV/单UGV空地联合编队的轨迹跟踪问题，利用滑模变结构控制思想为无人机与无人车分别设计了一种虚拟领航轨迹跟踪控制算法，可实现单UAV/单UGV空地联合编队跟踪控制，仿真验证了控制算法的有效性。
　　3)针对多UAV/多UGV空地联合编队的轨迹跟踪问题，建立了以加速度为统一控制输入的编队系统模型，设计了一种基于RBF神经网络轨迹跟踪控制算法，通过sigmoid函数和tanh函数在线调整网络权值，使得多UAV/多UGV空地联合编队能够快速到达期望位置，仿真验证了其有效性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 主要研究内容及组织架构

1.4 本章小结

第二章 无人机-无人车编队模型

2.1 编队队形分类与描述方法

2.2 无人机坐标系选择与模型建立

2.3 无人车坐标系选择与模型建立

2.4 本章小结

第三章 单无人机-单无人车空地联合编队控制

3.1 虚拟领航者控制策略

3.2 单无人机-单无人车空地联合编队系统模型

3.3 队形保持控制器设计

3.4 轨迹跟踪控制器设计

3.5 仿真与分析

3.6 本章小结

第四章 多无人机-多无人车空地联合编队控制

4.1 控制目标量定义与选取

4.2 多无人机-多无人车空地联合编队系统模型

4.3 队形保持控制器设计

4.4 基于RBF神经网络轨迹跟踪控制器设计

4.5 仿真与分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 进一步的研究工作

参考文献

攻读硕士学位期间完成的学术成果

攻读硕士学位期间参与的科研项目

致谢