四旋翼的协调编队飞行控制

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。

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第1章 绪 论

1.1课题背景和意义

1.2四旋翼发展及编队控制国内外研究现状

1.3多智能体编队控制关键技术

1.4多智能体编队任务描述

1.5本论文研究内容及章节安排

第2章 四旋翼编队理论基础

2.1 引言

2.2 四旋翼模型

2.3 控制策略

2.4 图论简介

2.5实验平台综述

2.6本章小结

第3章 四旋翼控制算法设计

3.1 引言

3.2 四旋翼轨迹跟踪控制

3.3单个四旋翼飞行试验

3.4本章小结

第4章 四旋翼编队协调控制

4.1 引言

4.2 编队系统

4.3编队控制器设计

4.4编队飞行实验

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢