無(wú)人機(jī)穩(wěn)健編隊(duì)控制及重構(gòu).pdf

1、無(wú)人機(jī)編隊(duì)是指多架無(wú)人機(jī)形成特定的隊(duì)形，并協(xié)同完成特定的任務(wù)。編隊(duì)技術(shù)在軍事及民用領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用，比如偵察、打擊、勘測(cè)、組網(wǎng)、空中加油等。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，無(wú)人機(jī)編隊(duì)技術(shù)主要有領(lǐng)航者法、虛擬結(jié)構(gòu)法、基于行為法、人工勢(shì)場(chǎng)法、圖論法等。本文基于擬態(tài)物理法研究無(wú)人機(jī)的穩(wěn)健編隊(duì)控制及其重構(gòu)問題。論文主要工作及貢獻(xiàn)如下：
　?。?）改造了擬態(tài)物理法規(guī)則，并將其應(yīng)用在無(wú)人機(jī)編隊(duì)控制。擬態(tài)物理法由William M. Spears在199

2、9年提出，本質(zhì)是一種模擬物理定律的直接力控制。William M. Spears創(chuàng)建力規(guī)則，并將力作用在全向移動(dòng)的智能體上，依靠力平衡，形成“勢(shì)阱”，最終每個(gè)智能體都會(huì)處在一個(gè)勢(shì)阱中，形成一種正則的隊(duì)形。改變力的規(guī)則就可以改變構(gòu)型。論文改造了傳統(tǒng)擬態(tài)物理法的力規(guī)則，可以將無(wú)人機(jī)群體吸引到一個(gè)圓周上，并均勻分布。本文稱這種隊(duì)形為標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)型。
　　（2）提出了一種可以將標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)型變?yōu)槠渌付?gòu)型的雙射變換方法。擬態(tài)物理法的控制量實(shí)質(zhì)是具有

3、大小和方向的力，可以進(jìn)行尺度、旋轉(zhuǎn)和平移變換。改變控制量的大小和方向，無(wú)人機(jī)群就會(huì)打破原先的力平衡，達(dá)到新的力平衡，形成新的“勢(shì)阱”，從而形成新的構(gòu)型。論文研究了任意兩種構(gòu)型之間是否存在變換以及如何變換的問題，提出了從標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)型到其它指定構(gòu)型的雙射變換方法。
　　（3）利用反步法將擬態(tài)物理法得到的控制量映射到無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)中。擬態(tài)物理法得到的編隊(duì)控制量是各無(wú)人機(jī)的期望航向角和速度，為無(wú)人機(jī)上層的導(dǎo)航量，在實(shí)際應(yīng)用中還需要解算到無(wú)人機(jī)

4、實(shí)際的控制量中。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)是復(fù)雜的非線性模型，論文利用反步法的思想，為無(wú)人機(jī)非線性動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)了單機(jī)跟蹤控制律，將無(wú)人機(jī)的編隊(duì)控制量，即期望的航向角和速度，解算到使用負(fù)載系數(shù)為實(shí)際控制量的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中。
　?。?）搭建了基于X-plane飛行模擬軟件的高保真編隊(duì)飛行半實(shí)物仿真平臺(tái)，并對(duì)論文提出的算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。X-plane是一款飛行模擬仿真軟件，可以高保真地模擬無(wú)人機(jī)的飛行。無(wú)人機(jī)編隊(duì)半實(shí)物仿真環(huán)境以千兆以太網(wǎng)交換機(jī)為中心