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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
在过去的几十年里，无人机的设计，开发与应用已在民用、军用以及商业等领域受到广泛的关注。随着计算机性能的不断增强，传感设备以及驱动装置的小型化，通信和控制设备的不断进步，确实为部署多个无人机同时协作完成共同的任务及实现共同的目标开辟了新的途径。另一方面，动物之间的协作行为已经使人类认识到可通过部署多个机器人来实现更高的目标。本文的研究工作是针对多无人机在非可靠通信条件下的协同控制题目，基于分布式控制策略研究整体协作的组织结构和实现方法。从单架UAV的一致性算法和实现程序看多无人机的行为协同，一致性算法的目的就是从附近的UAV中获取某些感兴趣的恰当参数值(例如，平均值或最大值等)。我们选用固定翼UAV模型作为研究对象，因为固定翼的UAV与广义飞行器有其相似性，如微小型无人飞行器，导弹，军备，以及飞机等。而作为最常用的平台之一，这种普通的UAV类型已广泛应用于军事和民用领域。在无人机试飞之前，运用建模和仿真技术进行其设计和实际性能的测评是十分重要且具有重要意义。在本文的研究工作中，我们建立了固定翼UAV 6自由度的非线性数学模型，其中综合考虑了空气动力，推力，重力以及大气效应等因素，并利用Matlab/Simulink平台进行了仿真。文中引入基于制导方案的航点来跟踪预定的任务轨迹，并给出了纵向与横向自驾仪的设计。进而在完整的UAV仿真环境下，对于给定的高度，速度和航向命令，通过对规划航迹跟踪检验了设计结果的可行性与有效性。着眼于分布式控制仿真的目的，将单UAV的仿真扩展到多UAV的仿真测试平台上。对于多UAV的仿真来说，机间的信息耦合机制与可测性是设计中主要的考虑因素。可测性的要求通过利用库模型来实现单UAV仿真，而通信的要求则是通过定义一个特殊的全局可见的数据结构来实现。此结构包含了UAV初始化以及任务实现所需要的数据。在simulink中我们通过S函数来获取/更新数据结构的入口。在UAV的数据结构中包含着尽可能多的仿真数据设定。每架UAV都赋予了唯一的整数ID将与UAV相同ID的数据结构与模型联系起来。我们将多UAV同时到达目的地作为协同控制的应用测试，如通过多个传感器和多个方向发现一个目标，出于危险不断增强或者是突袭的目的等，同时轰炸一个目标。大多数的协同控制应用都假定了理想的通信连接，对UAV的轨迹采用简单的二维动力学分析，任务的变化也仅通过速度的变化实现。在本研究中，我们对所有的非线性六自由度的UAV考虑到了所有的这些限制并考虑到了切换通信。当推进引擎的速度变化受限制时，任务的调整通过轨迹的重新规划和速度变化来实现。 我们为多UAV在一个非连续通信条件下的同时到达的任务提出了新的算法。我们采用两步走的策略：首先需要确定在该任务下任意UAV到达目标需要的最长时间，然后我们通过在单UAV上通过任务来花掉多余的时间。采用该策略的原因在于事实上需要最长时间到达目标位置的飞机已经接近于最佳速度飞行而不能更快地到达。因此，所有其他的飞行器需要通过等待一定的时间长度以达到同时到达目标的目的。在每架UAV中通过编程实现一致性共享算法，它可以重复获取所有相互通信的无人机的目标值，然后选取最大值作为一致目标值，并提示一致性结果是否成功。只有一致性成功了，任务调整才会进行。调整的形式主要是通过新航点的插入从而换取较长的等待时间或者是调整速度来换取较短的等待时间，并对其收敛条件进行了分析。已经证明，对于一个给定的UAV，当且仅当UAV直接或间接获取了所有其他飞行器的目标时间值，共享的一致性结果才会成功。针对非连续通信条件，进行了六自由度多机协同控制的仿真实验，仿真结果验证了算法的可重复性和在非连续通信连接环境下的鲁棒性。进而确认了在非连续通信条件下也能够达到一致性的必要条件，即：(a)所有在非连续连接图是强连通的；(b)在通信网络图之间，有足够大的邻近连接切换。这两种情况中的任一情况未能满足时都可能会导致一致性的失败。我们发现，对于一个包含3个UAV同时到达目标位置的任务来说，在成功收敛的情况中，这些UAV在小于3秒的时间范围内可到达目标位置。本研究主要的创新点包括：(a)利用Matlab平台对固定翼UAV进行完整的仿真与飞行控制设计,(b)一种新的策略将单UAV仿真扩展到多UAV仿真测试平台上，（C）针对多UAV在非连续通信连接环境下同时到达题目提出了一种新的周期分布式一致算法,建立了所提出算法的收敛条件并在多UAV仿真测试平台上验证了其设计。 |
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发表于 2022-9-8 21:42:39
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