本文關(guān)鍵詞：海上無人機協(xié)同編隊飛行控制技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 無人機 協(xié)同編隊 飛行控制 化學(xué)反應(yīng)算法 隊形保持 隊形變換

【摘要】：多無人機協(xié)同編隊飛行(Cooperative Formation Flight,簡稱“CFF”)在軍事和民用領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景,它已經(jīng)成為近年來無人機技術(shù)研究中的核心方向,使得世界各國特別是世界上的先進(jìn)大國越來越重視和關(guān)注其的發(fā)展。本文以無人機為研究背景,著重研究了海上無人機協(xié)同編隊飛行控制問題。首先,在單機模型的基礎(chǔ)上,通過慣性坐標(biāo)軸系和編隊坐標(biāo)軸系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立了同一海平面內(nèi)的多無人機基本編隊飛行相對運動模型。通過分析和研究海上威脅因素以及多無人機編隊飛行中的氣動耦合效應(yīng)對編隊飛行控制的影響,建立了海上無人機緊密編隊飛行的完整運動學(xué)模型。其次,針對建立的海上無人機緊密編隊飛行模型,設(shè)計了基于經(jīng)典控制理論的編隊飛行常規(guī)控制器。針對海上編隊飛行特點,提出了一種化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法,并將其引入編隊飛行控系統(tǒng),設(shè)計了基于化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法的編隊飛行控制器。仿真結(jié)果驗證了兩種控制器的有效性,并表明基于化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法的控制器在編隊飛行隊形保持和隊形變換的性能上更加優(yōu)越。最后,介紹了實驗室研制的小型無人機系統(tǒng),并詳細(xì)闡述了其海上編隊飛行子系統(tǒng)的設(shè)計和物理實現(xiàn),包括海上編隊飛行軟件設(shè)計,環(huán)境和任務(wù)數(shù)據(jù)加載和驗證等,進(jìn)一步驗證所設(shè)計的編隊飛行控制系統(tǒng)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：無人機 協(xié)同編隊 飛行控制 化學(xué)反應(yīng)算法 隊形保持 隊形變換
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注釋表11-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-17
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.1.1 多無人機技術(shù)應(yīng)用背景13-14
• 1.1.2 海上無人機應(yīng)用背景14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢14-15
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 第二章 海上無人機編隊飛行運動學(xué)建模17-35
• 2.1 引言17
• 2.2 常用坐標(biāo)系及其之間的轉(zhuǎn)換17-18
• 2.2.1 常用坐標(biāo)系17
• 2.2.2 常用坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換17-18
• 2.3 海上無人機的數(shù)學(xué)模型18-21
• 2.4 海上無人機基本編隊飛行相對運動模型21-22
• 2.5 海上無人機編隊飛行環(huán)境影響分析22-30
• 2.5.1 海上威脅源建模23-24
• 2.5.2 Biot-Savart定律24-25
• 2.5.3 基本馬蹄形渦流模型25
• 2.5.4 編隊飛行中渦的簡化25-26
• 2.5.5 上洗流和側(cè)洗流分析26-27
• 2.5.6 編隊飛行氣動力變化分析27-30
• 2.6 海上無人機緊密編隊飛行模型30-34
• 2.6.1 帶自動駕駛儀的無人機運動學(xué)模型30-31
• 2.6.2 海上無人機緊密編隊飛行的簡單模型31-33
• 2.6.3 海上無人機緊密編隊飛行的完整模型33-34
• 2.7 本章小結(jié)34-35
• 第三章 緊密編隊飛行控制系統(tǒng)設(shè)計35-53
• 3.1 引言35
• 3.2 緊密編隊飛行控制系統(tǒng)原理35-36
• 3.3 編隊飛行控制策略36-37
• 3.4 編隊飛行常規(guī)控制系統(tǒng)設(shè)計37-40
• 3.4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)37-38
• 3.4.2 編隊飛行控制律的設(shè)計38-40
• 3.5 化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法40-46
• 3.5.1 CRO算法概述與特點40-41
• 3.5.2 CRO算法的基本原理41-46
• 3.5.3 CRO算法參數(shù)和約束條件46
• 3.6 基于CRO的編隊飛行控制系統(tǒng)設(shè)計46-51
• 3.6.1 基于CRO的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)47-48
• 3.6.2 基于CRO的控制系統(tǒng)設(shè)計48-51
• 3.7 本章小結(jié)51-53
• 第四章 編隊飛行控制系統(tǒng)仿真及分析53-59
• 4.1 引言53
• 4.2 仿真參數(shù)確定53
• 4.2.1 編隊飛行常規(guī)控制系統(tǒng)參數(shù)確定53
• 4.2.2 基于CRO的編隊飛行控制系統(tǒng)參數(shù)確定53
• 4.3 仿真結(jié)果與分析53-58
• 4.3.1 兩種編隊飛行控制器比較53-55
• 4.3.2 編隊隊形保持仿真55-56
• 4.3.3 編隊隊形變換仿真56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第五章 小型無人機海上編隊飛行實現(xiàn)59-70
• 5.1 引言59
• 5.2 小型無人機系統(tǒng)59-64
• 5.2.1 機載飛控系統(tǒng)60
• 5.2.2 地面測控系統(tǒng)60-63
• 5.2.3 伺服系統(tǒng)63
• 5.2.4 傳感器系統(tǒng)63-64
• 5.3 無人機海上編隊飛行子系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)64-69
• 5.3.1 海上編隊飛行軟件設(shè)計64-65
• 5.3.2 海上編隊飛行環(huán)境信息設(shè)定65-66
• 5.3.3 海上編隊飛行任務(wù)信息設(shè)定66-67
• 5.3.4 海上編隊飛行數(shù)據(jù)加載67
• 5.3.5 海上編隊飛行的驗證67-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 本文工作總結(jié)與創(chuàng)新70
• 6.2 進(jìn)一步的工作展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76-77
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 潘科炎;航天器編隊飛行及其關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)[J];遙測遙控;2003年05期

2 林來興,張洪華,車汝才;編隊飛行區(qū)域性導(dǎo)航衛(wèi)星和位置保持[J];宇航學(xué)報;2004年01期

3 ;未來五大客機新技術(shù):V形編隊飛行更省油[J];科技傳播;2011年23期

4 ;未來客機:像鳥一樣編隊飛行[J];新科幻(科學(xué)閱讀版);2012年11期

5 曾國強,陳永志;編隊飛行穩(wěn)定性及隊形設(shè)計研究[J];裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2002年06期

6 曾國強,張育林;編隊飛行隊形設(shè)計一般化方法[J];中國空間科學(xué)技術(shù);2003年01期

7 孫蘭,許濱,張珩;航天器稀疏編隊飛行的概念及其設(shè)計方法[J];中國空間科學(xué)技術(shù);2003年02期

8 王世練,張爾揚;CCSDS Proximity-1及其在編隊飛行小衛(wèi)星群中的應(yīng)用[J];遙測遙控;2003年03期

9 劉林,王海紅,馬劍波;關(guān)于星座小衛(wèi)星的編隊飛行問題[J];天文學(xué)報;2004年01期

10 馬濤,郝云彩,馬駿,周勝利;編隊飛行衛(wèi)星的星間跟蹤與測量技術(shù)綜述[J];航天控制;2005年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 袁長清;;航天器電磁編隊飛行軌道和姿態(tài)終端滑模控制[A];The 5th 全國動力學(xué)與控制青年學(xué)者研討會論文摘要集[C];2011年

2 彭良福;林云松;;編隊飛行防撞系統(tǒng)的建模研究[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第三分冊）[C];2009年

3 林來興;;小衛(wèi)星星座與編隊飛行三維定位系統(tǒng)和控制[A];全國第十二屆空間及運動體控制技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

4 禹凱;徐明;;編隊飛行航天器的自主控制策略設(shè)計[A];北京力學(xué)會第20屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

5 黎康;;編隊飛行衛(wèi)星相對軌道動力學(xué)研究[A];提高全民科學(xué)素質(zhì)、建設(shè)創(chuàng)新型國家——2006中國科協(xié)年會論文集（下冊）[C];2006年

6 王黎沁;曾國強;胡敏;;編隊飛行衛(wèi)星碰撞概率及碰撞規(guī)避策略仿真分析[A];2009系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

7 倪娜;賈英民;;一種衛(wèi)星平面圓形編隊飛行的魯棒控制方法[A];中國航空學(xué)會控制與應(yīng)用第十二屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2006年

8 茍興宇;李克行;張斌;劉捷;董筠;;實踐九號編隊飛行軌控中的姿軌耦合與推力損失研究[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

9 王正;朱興動;張六韜;;三維空間無人機編隊飛行控制模型[A];第八屆全國動力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

10 楊凱;鄭建華;吳霞;;編隊飛行構(gòu)形設(shè)計初始化及穩(wěn)定性分析[A];中國空間科學(xué)學(xué)會空間探測專業(yè)委員會第十九次學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 記者李紅;飛機編隊飛行好處多多[N];科技日報;2002年

2 記者　王洪山、李宣良;我國將發(fā)射50多顆小衛(wèi)星[N];人民日報;2006年

3 記者 馮志文;以研制可編隊飛行的納米級衛(wèi)星[N];科技日報;2012年

4 楊孝文;機器昆蟲將編隊飛行，組建未來軍團[N];中國國防報;2012年

5 本報記者 王衛(wèi)東　特約記者 周敬波;陸航群鷹,此次飛行向海洋[N];解放軍報;2011年

6 趙啟洪 蔣龍 劉白;“低空獵鷹”牟春江[N];中國國防報;2012年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 孟云鶴;近地軌道航天器編隊飛行控制與應(yīng)用研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

2 韓龍;編隊飛行航天器相對狀態(tài)的立體視覺測量研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

3 羅成;近地軌道空間飛行器編隊飛行控制[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

4 鄭重;多航天器編隊飛行分布式協(xié)同控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

5 蔣方華;航天器編隊飛行相對運動研究[D];清華大學(xué);2009年

6 萬婧;無人機自主編隊飛行控制系統(tǒng)設(shè)計方法及應(yīng)用研究[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

7 方挺;無人機協(xié)同編隊飛行中的視覺感知關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳學(xué)坤;四旋翼無人機編隊巡航飛行控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 鄭紅星;多殺傷器分離穩(wěn)定與編隊飛行控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 李宏艷;輸入受限的航天器編隊飛行姿態(tài)協(xié)同控制[D];黑龍江大學(xué);2015年

4 劉志勇;緊密編隊飛行渦流減阻機理及隊形參數(shù)優(yōu)化研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

5 傅敬博;通訊受限條件下航天器編隊姿態(tài)協(xié)同控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

6 倪良巧;基于智能技術(shù)的多無人機協(xié)同編隊飛行[D];南京航空航天大學(xué);2016年

7 趙禎俊;海上無人機協(xié)同編隊飛行控制技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2015年

8 張琦;基于視頻的無人機編隊飛行控制研究[D];沈陽航空航天大學(xué);2016年

9 謝中秋;電磁編隊飛行網(wǎng)絡(luò)化控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

10 張亞南;多彈編隊飛行協(xié)同制導(dǎo)方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

，

本文編號：817636