隨著現代科技日新月異的發(fā)展,無人機因具有高性能、低成本等顯著的優(yōu)勢,可以替代人類執(zhí)行惡劣環(huán)境下復雜、危險及繁瑣的各種任務,故其在軍事領域亦或是民用領域都發(fā)揮著不可或缺的作用。單架無人機與有人機相比具有無法比擬的諸多優(yōu)點,但在實際情況中無人機所需要完成的任務多數為并發(fā)性和綜合性的任務,單架無人機并不能夠同時執(zhí)行此種情況下的任務,因此針對無人機編隊系統研究越來越受到各國研究人員的廣泛重視。編隊重構控制作為無人機編隊系統一重要組成部分,其有著非常重要的作用。為此,本文以微小型四旋翼飛行器為載體,重點對四旋翼編隊系統的編隊隊形自主重構及避障控制問題進行了研究。首先,總結了現階段四旋翼飛行器的發(fā)展及其編隊重構控制研究現狀與趨勢,對四旋翼編隊系統涉及的圖論基礎理論進行了探究,分析了四旋翼編隊系統的控制方法。其次,對四旋翼單機飛行原理進行了介紹,并在此基礎上利用歐拉角原理建立了動力學模型,針對四旋翼單機控制問題設計了雙閉環(huán)PID控制器和二階滑模控制器,并仿真驗證了所設計的控制器的有效性,完成了對四旋翼單機的穩(wěn)定控制,為后續(xù)四旋翼編隊系統自主重構及防碰避障控制奠定了基礎。再次,對四旋翼編隊系統重構控制問題進行了描述,建立了四旋翼編隊系統模型,設計了四旋翼編隊系統的編隊隊形重構策略,在考慮四旋翼編隊系統內各四旋翼單機之間可能出現通訊時滯情況下,提出了基于一致性四旋翼編隊重構控制算法,降低了該問題的模型復雜度,針對所提一致性重構控制算法作用于四旋翼編隊系統隊形重構時的穩(wěn)定性進行了理論證明,并仿真驗證了算法的有效性。最后,針對四旋翼飛行器編隊重構過程中的防碰避障問題,考慮到目前常用的基于人工勢場法的防碰避障所存在的問題,采用結合一致性思想設計了四旋翼編隊系統的防碰避障控制律,并通過仿真驗證了所提四旋翼編隊系統防碰避障控制律的有效性。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V279;V249.1

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本文編號：2813888