多旋翼飞行器分布式编队控制技术研究

【类型】学位论文

【作者】张雷 

【关键词】 分布式编队控制,一致性算法,多四旋翼飞行器

【摘要】现代计算机技术和通信技术的飞速发展,飞行器个体执行任务能力增强的同时,也迫切希望更显著地提高完成更复杂任务的能力和效率。多飞行器编队协同执行任务能显著提高这些指标,基于通信技术传输集群邻居信息的分布式一致性算法已经应用在解决多航行体的分布式编队控制和集结问题。近几年来,微型飞行器的发展迅速,以四旋翼飞行器为代表的微型无人机可以作为进行导航制导和分布式协同控制等多种研究的实验平台。本文通过对基于邻居信息的分布式一致性算法的研究,以多四旋翼飞行器系统为研究对象,设计了多旋翼飞行器分布式编队控制算法,通过嵌入式软硬件组建四旋翼飞行器平台,并利用运动捕捉系统提供的高精度室内定位信息进行分布式编队控制飞行实验。论文首先通过分析四旋翼飞行器的运动规律和受力情况建立了四旋翼飞行器的数学模型,补充介绍了代数图论的知识如何对多四旋翼飞行器之间的通信状况用代数图来数学描述,并通过数学模型分析四旋翼飞行器的特性和使用MATLAB软件编写了仿真程序。论文针对一个四旋翼飞行器设计了控制算法对其进行姿态稳定和飞行控制并编写Simulink程序进行了算法仿真验证,在一个四旋翼飞行器能够完成稳定控制的基础上,利用图论知识建立起多四旋翼飞行器之间的联系,使用基于邻居信息的分布式一致性算法对多四旋翼飞行器系统设计分布式编队控制算法,同样通过编写仿真程序对设计的分布式算法进行了仿真验证。选择嵌入式计算机平台和硬件设备组建四旋翼飞行器,通过编写嵌入式软件程序实现所设计的四旋翼飞行器控制算法,完成对一个四旋翼飞行器的飞行控制和对多个四旋翼飞行器系统的分布式编队控制。完成对多四旋翼飞行器的控制算法及飞行器软硬件平台设计之后,借由室内运动捕捉系统提供的高精度定位信息作为四旋翼飞行器的外环反馈信息进行实际单机飞行控制实验,多机的编队飞行控制实验,通过分析实验数据验证所设计的分布式编队控制算法。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】电子科技大学

【学位授予年度】2018

【导师姓名】王文正