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无人机编队飞行一致性问题仿真.pdf
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摘要
摘要
这些年来,随着自动化技术,无线通信技术的发展以及无人机越来越广泛的
应用,在航天航空领域,多无人机编队控制是人们的研究热点。无人机编队问题
隶属于多智能体协调控制问题,它的应用很广泛,而单个无人机的应用总是有限
的,为了完成更多任务,可以使无人机与无人机之间组成编队,能够通过个体之
间的交互进行区域的信息交流来使整体呈现有规则的行动。所以,凭借无人机编
队在空间的分布性,协同执行任务时的并行性以及比较强的容错能力,无人机编
队飞行一致性问题值得我们去研究并仿真。
本课题以中等数量的无人机编队为研究对象,基于多智能体一致性研究方法
和编队控制理论来研究无人机编队飞行一致性问题。用到的知识包括一致性理论,
编队控制理论,图论以及矩阵论。首先研究无领航者无人机编队飞行一致性问题,
并在解决并仿真该问题以后分析具有领航者无人机编队飞行状态达到一致所满足
的条件,并对无人机编队飞行一致性算法进行仿真验证。
关键词:无人机 一致性理论 编队控制
无人机编队飞行一致性问题仿真研究
ABSTRACT
Over the years, with the automation technology, wireless communication technology
and the development of unmanned aerial vehicles more widely used in the aerospace
field, multi-UAV formation control people's research focus. UAV formation problem
belongs to multi-agent coordination and control issues, ideological coordination
between multi-agent control is the result of people's animal and plant populations
observed in nature to explore. UAV very broad application, and the application of a
single drone is always limited, in order to get more done, you can make between the
UAV and UAV fleet composition can be performed by the area of interaction between
the individual information AC to make the whole show regular action. So, with the
UAV formation distributed in space, the cooperative parallelism and relatively strong
fault tolerance to perform a task, the UAV formation flight consistency worthy of our
study and emulation.
The problem with a moderate number of UAV formation for the study, based on
multi-agent methodology and consistency of control theory to study the formation of
UAV formation flight consistency. Used knowledge includes theoretical consistency,
formation control theory, graph theory and matrix theory. Firstly no leader UAV
formation flight consistency and resolve the problem later analysis and simulation with
a leader UAV formation flight to reach agreement satisfied the conditions and flight
consistency algorithm performed UAV formation simulation.
Keywords:UAV Consistency Theory Formation Control
目录
目录
摘要 ..................................................................... 1
第一章 绪论 .............................................................. 1
1.1 本课题的研究背景以及意义.......................................... 1
1.2 研究现状以及发展方向............................................. 2
1.2.1 无人机的编队技术 ............................................ 2
1.2.2 一致性理论的研究 ............................................ 5
1.2.3 一致性在编队控制中的应用 .................................... 6
第二章 预备知识 .......................................................... 9
2.1 图论 .............................................................. 9
2.2 矩阵............................................................ 10
2.3 一致性理论算法 ................................................... 12
第三章 无领航者无人机编队飞行一致性算法 ................................ 13
3.1 问题描述........................................................ 13
3.2 模型描述及证明.................................................. 13
3.3 实例仿真及分析................................................... 18
第四章 有领航者无人机编队飞行一致性算法 ................................ 21
4.1 问题描述及模型构建.............................................. 21
4.2 连续时间协议及证明............................................ 22
4.3 实例仿真及分析................................................... 25
第五章 总结与展望 ....................................................... 31
5.1 本文总结......................................................... 31
5.2 未来展望......................................................... 32
致谢
........................................................................................................................... 33
参考文献
.................................................................................................................... 35
无人机编队飞行一致性问题仿真研究
绪论
1
第一章 绪论
1.1 本课题的研究背景以及意义
这些年来,随着自动化技术,无线通信技术的发展以及无人机越来越广泛的应用,
在航天航空领域,多无人机编队控制是人们的研究热点。目前来说,无人机能够应用
在农业、工业以及军事等行业,包括街景拍摄、地图测绘、灾后救援、边境巡防等。
而单个无人机的应用总是有限的,为了完成更多任务,可以使无人机与无人机之间组
成编队,能够通过个体之间的交互进行区域的信息交流来使整体呈现有规则的行动。
所以,凭借无人机编队在空间的分布性,协同执行任务时的并行性以及比较强的容错
能力,无人机编队飞行一致性问题值得我们去研究并仿真。
无人机编队问题隶属于多智能体协调控制问题,而多智能体之间协调控制的思想
是人们对自然界中动植物群体观察探索的结果
1
。自然界中,广泛存在着动物与动物之
间,植物与植物之间或者动植物群体之间的协调行为,例如分工明显的蚂蚁,结伴巡
游的鱼群以及协同合作捕食的狼群。协同合作的群体拥有单一个体不能实现的优点,
完成更多有目的性的,复杂的活动。鉴于以上动植物群体的特点,我们提出了多智能
体协调控制问题。
综上所述,本课题以中等数量的无人机编队为研究对象,基于多智能体一致性研
究方法和编队控制理论来研究无人机编队飞行一致性问题。在研究无领航者无人机编
队飞行一致性问题的基础上,分析具有领航者无人机编队飞行状态达到一致所满足的
条件,并对无人机编队飞行一致性算法进行仿真验证。争取在协同控制理论研究及应
用方面有突破和创新,为无人机在军事和民间应用方面提供学术支持。该研究可以直
接应用于无人机编队飞行一致性的控制,同样也可以应用于其他智能体系统的编队问
题。
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- 2401_839651632024-04-28感谢大佬,让我及时解决了当下的问题,解燃眉之急,必须支持!
春哥111
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