多无人机分布式编队保持与重构控制方法研究

【摘要】：随着导航技术、控制技术、通信技术和微电子的发展,无人机自主跟踪控制成为航空领域重要研究方向。多无人机编队可以完成单机无法完成的较大、复杂的任务,即使在复杂的环境下,无人机不能获取绝对信息或者无法通信时,无人机仍可以通过感知设备获取相对状态信息,进而完成复杂任务。本文主要研究内容如下:(1)针对外界干扰和模型参数不确定影响的多无人机分布式编队保持控制问题,提出基于神经网络干扰观测器的有限时间分布式编队保持控制策略。基于牛顿欧拉定律建立无人直升机面向控制模型。利用神经网络干扰观测器对干扰进行估计,基于非奇异快速终端滑模方法,设计分布式编队控制器,利用自适应非奇异快速终端滑模方法,完成姿态跟踪控制器设计,并证明无人直升机闭环系统是有限时间稳定的。仿真结果说明所设计的分布式编队保持控制策略是有效的。(2)为了不依赖通信拓扑和Leader状态等全局信息,研究多无人机完全分布式编队保持控制问题,提出基于自适应干扰观测器的有限时间完全分布式编队保持控制策略。利用自适应滑模方法设计干扰观测器,基于自适应终端滑模方法,设计完全分布式编队控制器和姿态跟踪控制器,证明无人直升机闭环系统是有限时间稳定的。仿真结果说明所设计的完全分布式编队保持控制策略是有效的。(3)考虑队形变换时安全避碰任务需求,研究多无人机完全分布式编队重构控制问题,提出有限时间完全分布式编队重构控制策略。利用神经网络估计外界干扰和模型参数不确定,利用势能函数和终端滑模方法,设计完全分布式编队重构控制器,证明无人直升机闭环的有限时间稳定性。仿真结果说明所设计的有限时间完全分布式编队重构控制策略是有效的。(4)考虑无绝对状态信息无通信情况,研究基于相对测量的多无人机分布式编队保持控制问题,提出分布式编队控制策略。基于脉冲滑模方法,利用相对测量信息,设计分布式编队控制器,完成无人机闭环系统稳定性分析。仿真结果说明所设计的分布式编队保持控制策略是有效的。