网络约束条件下多无人机协同控制研究

【摘要】：近年来,各类新型武器装备层出不穷,其中以无人机表现最为出色。经过多次实战表明,无人机作战正改变着传统的作战模式。随着人们赋予其更多、更复杂的任务,无人机编队技术成为了新的研究热点。目前对于无人机编队的研究主要集中在通信时延、交换拓扑、编队保持与队形重构等问题,关于通信网络对编队控制影响的问题还鲜有涉及。因此,本文就数据丢包和带宽受限对无人机编队控制的影响展开研究,并探讨了较小通信带宽条件下无人机编队危险规避问题。首先,基于图论和一致性理论建立理想条件下无人机编队的离散控制系统。通过分析伯努利丢包条件下不同时刻编队的通信状态,得出该时刻无人机编队的网络通信拓扑结构,进而得到该时刻编队的闭环控制系统模型。结合李亚普诺夫稳定性判定定理,给出了系统在伯努利丢包条件下系统均方稳定的条件,并予以证明。然后,研究了对于有限带宽条件下无人机状态信息的量化问题。基于一个参数可调的均匀量化器,通过动态增大量化器的参数,确保系统量化器不饱和。之后,随着系统状态的变化,再次缩小该参数,使得量化误差趋于零,从而实现编队的渐进稳定。最后,针对通信带宽较小的条件下,无人机危险规避问题进行研究。在确保编队队形稳定的前提下,给出无人机编队最精简的通信拓扑结构,使得编队间所需的通信带宽最小化。接着针对编队飞行的外部环境进行设计,通过设置不同的危险区以及不同类型的威胁源来模拟编队所处的复杂战场环境。基于改进的人工势场法,结合威胁源的不同特征,给出了编队相应的规避策略,最后通过数值模拟,对算法的有效性进行了验证。