小型航空器编队控制器设计与队形重构研究

【类型】学位论文

【作者】潘宇雄 

【关键词】 小型无人机 编队飞行 编队控制律 队形保持 队形重构 通信信道拓扑图

【摘要】本文针对一种小型无人机模型及其编队飞行的实际背景和限制条件，主要研究了编队控制器的设计和通信信道发生故障后的队形重构问题，并进行了大量的仿真验证。首先，建立了小型无人机的六自由度数学模型，并利用小扰动方法对模型中不确定参数进行了线性化近似，得到了用于编队控制器设计的无人机横侧向和纵向短周期模型，以及大气扰动下的横侧向模型。然后，利用小型无人机模型，采用长-僚机编队模式，按前向、侧向和垂直方向三个通道分别设计了僚机编队控制律，从而使三维编队问题得以简化。分别在有无大气扰动作用的情况下，通过双机队形保持仿真实验验证了此编队控制律的可行性和有效性。接着，讨论了多机编队中的通信问题，引入虚拟长机的概念，建立了无人机编队之间的通信信道拓扑图，采用Dijkstra算法进行了通信信道拓扑图的最优化，由此确定了每架无人机相应的长机。以三架小型无人机编队问题为例，对多架无人机在大机动飞行情况下的队形保持和队形变换等复杂的编队形式进行了仿真验证。接下来，分别考虑了某无人机接收器、发送器产生故障以及该无人机退出时，无人机编队的通信信道重构和队形重构问题,并进行了相应的仿真验证。最后，在前面研究成果的基础上设计了完整的多机编队控制器。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】秦世引

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