基于人工勢場的多無人機航跡規(guī)劃一致性研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的進步，近些年多智能體系統(tǒng)在諸多領域有著廣泛應用，如無人機、水下航行器、衛(wèi)星協(xié)調(diào)等，使得多智能體系統(tǒng)的協(xié)同運作引起人們的高度關注，因此使得多智能體系統(tǒng)成為研究熱點。盡管應用背景各不相同，但是基本原理都是使用了多智能體系統(tǒng)的一致性理論，即利用個體的局部信息通過簡單的控制規(guī)則使系統(tǒng)達到全局的控制目標。近年來無論在軍用或民用領域，無人機的應用涉獵廣泛。在特殊復雜任務的背景下，無人機需要通過布滿障礙物的區(qū)域，這時必須解決無人機的避障

2、問題；單個無人機可能無法達到任務需求，因此需要多架無人機協(xié)同完成，但在復雜環(huán)境中無人機之間的通信極易受到干擾?？紤]到多無人機系統(tǒng)適應復雜工作環(huán)境的能力，并能夠協(xié)同完成任務的需求，具有通信延遲的多無人機一致性問題亟待解決。本文的主要研究工作包括如下內(nèi)容：
　　1.研究了采用人工勢場法的多無人機航跡規(guī)劃問題。概述了多無人機航跡規(guī)劃的研究現(xiàn)狀，將無人機的運動模型簡化為智能體，研究了傳統(tǒng)人工勢場法在航跡規(guī)劃過程中的避障問題。根據(jù)傳統(tǒng)人工勢

3、場法存在的弊端，提出改進的人工勢場法，并且引入回環(huán)力。解決了傳統(tǒng)人工勢場法存在的局部極值以及目標不可達問題。通過加入無人機間的作用力，解決無人機之間的自碰撞和脫離編隊的問題。
　　2.研究了基于人工勢場的多無人機系統(tǒng)一致性問題。在多無人機系統(tǒng)的問題研究中，根據(jù)圖論，建立了多無人機系統(tǒng)間的通信網(wǎng)絡模型。應用多智能體系統(tǒng)理論，分析了基于人工勢場的多無人機系統(tǒng)一致性問題。根據(jù)建立的改進人工勢場，設計了一種具有一致性的控制協(xié)議。通過設計不

4、同控制要求的控制協(xié)議，保障多無人機系統(tǒng)的一致性，利用構建的Lyapunov函數(shù)，證明了多無人機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　3.研究了在復雜環(huán)境中多無人機系統(tǒng)之間存在通信延遲的一致性問題。對無人機的運動狀態(tài)以及通信拓撲網(wǎng)絡進行建模，在具有固定無向連通圖的通信拓撲網(wǎng)絡中，以具有通信時延一致性協(xié)議為基礎，提出了控制協(xié)議。
　　4.開展了以無人機為實例的數(shù)值仿真，對改進的人工勢場在處理局部極值以及目標不可達問題進行了驗證分析；對存在復雜障礙