無人機編隊飛行控制虛擬原形技術研究.pdf

1、自1991年海灣戰(zhàn)爭以來,無人機(UAV)有了飛速的發(fā)展和廣泛的應用,多無人機協(xié)同編隊飛行(CFF)逐漸成為研究熱點。CFF可以彌補單架無人機勢單力薄的弱點,提高作戰(zhàn)精度,且單機故障不影響作戰(zhàn),已成為未來UAV研究發(fā)展的方向。但該項目涉及多學科和多技術領域,研究難度極高。因此系統(tǒng)深入地研究CFF控制技術,有著非常重要的現(xiàn)實意義。
　　 虛擬原型(VP)技術是指構造數(shù)字化的原型(軟件模型)來完成物理原型的功能。本文總結已有的方法,

2、研究了無人機編隊飛行控制的虛擬原型技術。
　　 首先,模仿候鳥等鳥群的編隊飛行特點確定了CFF的“V”形幾何結構,設計了CFF的多智能體(MAS)控制架構,每一架UAV都是一個獨立的智能體(Agent),多無人機編隊作為一個整體,組成MAS體系。研究了MAS的體系結構、協(xié)調與協(xié)作機制及通信方式,使無人機具有Agent的感知能力、自主決策能力和通信協(xié)作能力。采用黑板系統(tǒng)完成無人機Agent之間的信息交互,實現(xiàn)編隊協(xié)同。
　　

3、 其次,研究了CFF的VP技術。使用Statemate軟件構建了無人機編隊的虛擬原型,將CFF的MAS結構用VP自頂而下層層定義出來,設計了“CFF-VP”,以數(shù)字原型代替物理原型,降低研發(fā)成本。
　　 然后,引入本項目團隊已建立的CFF飛行數(shù)學模型,包括動力學和運動學模型。在此基礎上,采用“長機-僚機”控制策略,設計了基于大腦情感學習模型(BEL)結合PID控制的隊形保持控制器。通過仿真,該控制器能夠滿足隊形保持的要求,控制