基于Leader-Follower理論的四旋翼無(wú)人機(jī)編隊(duì)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，無(wú)人機(jī)技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域中發(fā)揮著不可或缺的作用。為了緊跟科技發(fā)展的潮流，除了提高單架無(wú)人機(jī)的功能和控制精度外，還需要考慮如何運(yùn)用先進(jìn)的現(xiàn)代控制理論，發(fā)展更為有效的無(wú)人機(jī)控制策略，從而無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行控制技術(shù)的研究越來(lái)越受到各界的廣泛關(guān)注。
　　本文全面分析了基于四旋翼無(wú)人機(jī)的多無(wú)人機(jī)編隊(duì)控制策略，分別對(duì)單無(wú)人機(jī)系統(tǒng)和多無(wú)人機(jī)編隊(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模與系統(tǒng)分析；主要針對(duì)Foll

2、ower對(duì)Leader軌跡的實(shí)時(shí)跟蹤和Leader與Follower間航向角的準(zhǔn)確同步問(wèn)題展開(kāi)研究，并且基于四旋翼無(wú)人機(jī)模型設(shè)計(jì)出軌跡追蹤控制系統(tǒng)；最后基于現(xiàn)代控制理論完成整個(gè)編隊(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、本文以多無(wú)人機(jī)編隊(duì)控制系統(tǒng)為研究對(duì)象。基于Leader-Follower通信拓?fù)浞桨?，并且通過(guò)Lyapunov穩(wěn)定性判據(jù)與反步法的運(yùn)用，在Leader和Follower的相互約束問(wèn)題上展開(kāi)深入研究。

3、本文的控制策略不同于其他文獻(xiàn)中介紹的多無(wú)人機(jī)編隊(duì)控制方法，通過(guò)在Follower的機(jī)體軸坐標(biāo)系下定義與Leader的相對(duì)位置誤差變量的方法，并且在虛擬的Follower運(yùn)動(dòng)控制上增加足夠的運(yùn)動(dòng)約束，在不需要準(zhǔn)確地計(jì)算出用于Follower跟蹤的Leader路徑偏移量等參數(shù)的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)具有豐富曲率的編隊(duì)控制系統(tǒng)。
　　2、通過(guò)在Follower的機(jī)體軸坐標(biāo)系下定義Leader與Follower間相對(duì)位置誤差的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)對(duì)

4、多無(wú)人機(jī)間航向角的一致性展開(kāi)研究。在實(shí)現(xiàn)多無(wú)人機(jī)編隊(duì)軌跡控制的準(zhǔn)確性和快速性的同時(shí)，確保編隊(duì)控制系統(tǒng)對(duì)航向角的控制也滿足收斂性的要求。結(jié)合非線性控制理論與無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文通過(guò)對(duì)Follower的姿態(tài)控制增加充足的運(yùn)動(dòng)約束，從而保證在Leader的軌跡曲線以及多無(wú)人機(jī)之間理想距離得到明確定義的情況下，實(shí)現(xiàn)Follower與Leader之間姿態(tài)角的穩(wěn)定性控制。
　　3、以單無(wú)人機(jī)系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)單無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)中姿態(tài)鎮(zhèn)