多飛行器編隊(duì)三維避障算法研究.pdf

1、 學(xué)校代碼：10406 分類號：TP242.6 學(xué)號：120081101014 南昌航空 南昌航空大學(xué) 大學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 （學(xué)位研究生） 多飛行器編隊(duì)三維避障算法研究 多飛行器編隊(duì)三維避障算法研究 碩 士 研 究 生：殷林飛 導(dǎo) 師：代冀陽 教授 申請 學(xué)位 級別：碩 士 學(xué) 科、專 業(yè)：控制理論與控制工程 所 在 單 位：信

2、息工程學(xué)院 答 辯 日 期：2015 年 6 月 授予 學(xué)位 單位：南昌航空大學(xué) I 摘 要 隨著現(xiàn)代軍事戰(zhàn)爭的發(fā)展，對多飛行器協(xié)同作戰(zhàn)的要求戰(zhàn)越來越高。在包含編隊(duì)隊(duì)形控制和避障控制的多飛行器編隊(duì)協(xié)同控制方法中， 人工勢能場法是一種常用方法，具有高實(shí)時(shí)性和對突發(fā)威脅的突防能力強(qiáng)等特點(diǎn)，當(dāng)也存在局部困擾現(xiàn)象導(dǎo)致飛行器無法避開障礙物且無編隊(duì)隊(duì)形保持能力、 存在零勢能點(diǎn)導(dǎo)致飛行器停止移動等不足。本文針對多飛行器編隊(duì)避障問題，對現(xiàn)有人工

3、勢能場法進(jìn)行改進(jìn)，提出了矢量人工勢能場法，建立了相關(guān)模型并進(jìn)行仿真，主要研究工作包括以下幾方面內(nèi)容： 1. 在對多飛行器編隊(duì)避障問題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，將飛行器歸為一類智能體，分析了解決多智能體編隊(duì)避障問題的人工勢能場法，對現(xiàn)有人工勢能場法進(jìn)行改進(jìn)，提出了矢量人工勢能場法，該算法同時(shí)考慮了多智能體編隊(duì)避障和編隊(duì)隊(duì)形控制問題，通過在合力中加入回環(huán)力與多飛行器之間作用力，由合力實(shí)時(shí)地確定加速度以不斷更新飛行器的速度以及采用矢量

4、表示合力、加速度和速度；且該方法考慮了編隊(duì)隊(duì)形控制問題。 2. 在多智能體編隊(duì)避障問題的研究中，建立了新的障礙物模型、智能體模型、目標(biāo)模型、編隊(duì)模型和合力模型，改進(jìn)了多智能體的避障方式。所建模型均含有二維和三維模型；智能體的避障方式從二維拓展到三維。采用復(fù)雜形狀障礙物設(shè)計(jì)了布滿復(fù)雜障礙物的運(yùn)行環(huán)境，并歸納了矢量人工勢能場法的算法步驟。 3. 采用飛行器作為實(shí)例進(jìn)行數(shù)值仿真，分別在布滿簡單和復(fù)雜障礙物的環(huán)境中進(jìn)行單個飛行器和多飛行器編隊(duì)的

5、避障數(shù)值仿真，且分別在二維和三維空間中進(jìn)行數(shù)值仿真。從飛行器二維和三維避障的數(shù)值仿真結(jié)果看，所有飛行器都通過障礙物區(qū)域，且最終維持了編隊(duì)隊(duì)形，此數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證了矢量人工勢能場法應(yīng)用在解決多飛行器編隊(duì)避障問題中的可行性和有效性。 4. 為增強(qiáng)三維避障算法的可視化效果，搭建了基于 Microsoft Visual Studio 2010、MATLAB 2010 和 XNA 4.0 的三維視景仿真平臺，并展示了飛行器在該平臺上的三維避障效果