四旋翼無人飛行器編隊控制算法的研究.pdf

1、多旋翼無人機（尤其是四旋翼無人機）目前無論在科研領域還是商業(yè)領域均獲得了前所未有的關注。以麻省理工學院、賓夕法尼亞大學、北京航空航天大學等為代表的一大批國內(nèi)外高校的頂尖實驗室團隊都投入了大量的科研精力來研究多旋翼無人機控制與應用相關課題。無人機編隊技術作為多機器人協(xié)同控制的子課題，在行業(yè)級無人機應用中具有巨大的潛力。多旋翼無人機在復雜地形編隊工作方面，其在成本、效率和功能實現(xiàn)性上具有的優(yōu)勢是傳統(tǒng)的地面機器人、固定翼無人機甚至有人駕駛飛機

2、所無法媲美的。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了兩種基于無人機平臺的編隊控制協(xié)議。第一種是靜態(tài)編隊控制協(xié)議，基于無人機動力學模型，結(jié)合飽和約束理論，實現(xiàn)有領導者的靜態(tài)多機編隊飛行。第二種是基于時變目標函數(shù)的動態(tài)多機編隊控制協(xié)議，編隊問題被轉(zhuǎn)換為一致性問題進行分析處理，同時給出了時變目標函數(shù)相關約束條件。⑵對提出的兩種控制協(xié)議的有效性進行驗證，進行相關的仿真實驗。第一種靜態(tài)編隊控制，選擇了五架無人機進行編隊仿真實驗。第二種動態(tài)編隊控

3、制，設計了三機編隊飛行“八字”軌跡，選擇了合適的目標函數(shù)和參數(shù)，完成控制協(xié)議的仿真驗證。最終給出相關仿真結(jié)果，在理想動力學模型基礎上確認了該編隊控制協(xié)議的有效性以及較為優(yōu)異的性能。⑶在理論分析和數(shù)值仿真的基礎上，引入了3D引擎Irrlicht，完成了基于3D引擎的無人機編隊動態(tài)仿真環(huán)境的開發(fā)，使得編隊仿真的結(jié)果更加直觀，易于分析。⑷為了對提出的編隊控制協(xié)議進行進一步的驗證，本文又提出了微型四旋翼飛行器的編隊控制實驗方案。在機器人操作系統(tǒng)