基于一致性算法的无人机编队技术研究

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近十多年来,随着信息技术、网络技术的发展,如何以现有单机技术为基础,发展更为有效的管理和组织模式,利用多无人机之间的协同工作来执行单架无人机难以完成的任务,即多无人机协同控制逐渐成为无人机研究领域的热点之一。编队控制技术作为多无人机协同控制的主要研究内容之一,因其是实现多机稳定、安全编队飞行的重要因素,一直以来都是倍受关注。近年来,以仅依靠局部信息交互、允许通信拓扑动态变化为特征的分布式协同控制方法得到很大发展,它不会出现单点故障、允许节点动态加入和退出,因此具有更好的鲁棒性和可伸缩性。  本文从基于图论和一致性算法的角度出发,对多无人机编队飞行控制的若干问题进行了研究。主要研究工作如下:⑴对多无人机平面编队飞行控制问题进行了研究。首先简要介绍了一致性算法,对其主要结果进行了概述。针对固定翼无人机的特点和现有方法的不足,基于一致性算法实现了飞行速度和航向同步,再基于编队图理论,提出一种分布式控制策略,形成并保持预先给定的编队队形。在编队队形形成的基础上,对无人机编队队形变换进行了研究。⑵对多无人机三维空间编队形成问题进行了研究。利用带自动驾驶仪无人机纵向解耦的特点,将三维空间任意分布的多架无人机编队形成问题,分解为多无人机高度控制和二维平面队形控制问题,并引入俯仰角控制对控制策略进行了优化。仿真结果表明,该方法具有很好的鲁棒性和可伸缩性,且计算简单、通信量小,使三维空间内多无人机的编队形成问题变得易于实现。⑶对多无人机编队飞行中的避障问题和防碰撞问题进行了研究,提出了一种利用势能函数和基于点状智能体的人工势场法进行避障和防碰撞的策略。⑷最后对全文进行了总结,并提出了进一步研究的一些设想。
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