基于全向移动平台的多机器人编队控制研究

针对多机器人编队控制中的队形控制和协同避障问题,提出了基于麦克纳姆轮的全向移动多机器人编队的基于领航-跟随型编队控制算法.首先建立多机器人运动学模型,得到车体运动控制参数,并针对传统领航跟随法进行改进,设计一种虚拟结构领航-跟随法,并将改进的人工势场法引入领航机器人的在线局部路径规划中,通过添加虚拟斥力旋转势场,解决了局部极小值问题,实现了多机器人编队在静态障碍环境中无碰撞路径规划.最后通过Python仿真验证了该算法结合的有效性.     

基于图与势场法的多车道编队控制

多车协同驾驶能显著提高交通安全和效率,是未来5G网联自动驾驶技术的重要应用场景之一.传统上,多车协同驾驶的主要形式为单一车道上的无人车队列,其队列稳定性受队列长度、通信距离及延迟的限制.本文提出一种无人车编队方法,将单车道队列扩展为多车道护航编队.针对不同场景下的需求设计多车道编队调整策略,结合基于图的分布式控制,完成任意预定义的编队结构;同时,利用势场法对行车环境建立势场模型,实现无人车的避障轨迹规划,提高编队的避障能力;最后,结合纵横向控制器,实现无人车多车道护航编队控制.仿真实验表明,本文提出的无人车多车道护航编队方法,能适应不同交通场景,如道路变化、障碍车运动等,完成自动变换编队结构,实现安全、高效通行.     

基于轨迹安全性评价的免疫遗传路径规划算法

针对移动机器人栅格路径规划中安全轨迹规划、局部极小点问题,提出了一种基于轨迹安全性评价的免疫遗传路径规划算法.通过将人工势场(APF)模型与轨迹安全性评价相结合,提出利用斥力场强度评估轨迹安全性,建立基于轨迹安全性、行驶代价评估的适应度函数,利用免疫遗传算法对APF模型中的势力场参数进行自适应优化估计.通过将参数变化控制在一个合理的区间,有效避免局部极小情况的发生,同时提高了路径的安全性.算法的有效性通过仿真实验得到了验证.     

基于改进势场法的无人机编队协同避障控制算法

为了解决多无人机存在的自碰撞与障碍碰撞及编队通信架构等问题,在二阶模型的编队系统基础上,提出一种由图论和人工势场理论相结合的分布式编队控制策略。依据运动学原理建立无人机模型,以固定无向的通信拓补结构为基础,引入分段思想、旋转力、机间势场力来改进势场合力函数,以解决可能出现的目标不可达、死锁、编队安全问题,精准实现编队避障、避碰与航迹预规划;根据一致性理论对无人机状态误差进行修正,设计编队协同避障控制律以实现期望状态一致与航迹规划;通过构造Hamilton函数与反证法进行稳定收敛性分析,证明所提出控制算法的收敛一致性。通过仿真结果表明,无人机编队能够有效进行避障并快速达到期望一致。     

编队协同对地攻击指挥决策系统体系结构研究

对有人机/UCAV编队对地攻击指挥决策系统体系结构进行了研究。首先分析了有人机/UCAV编队协同对地攻击作战体系结构,建立了编队协同作战指挥决策模型,对人机功能进行了划分,提出了有限中央控制下的分布式有人机/UCAV编队协同指挥决策体系结构。在此基础上,基于MAS理论,建立了编队协同对地攻击MAS体系结构,给出了UCAV Agent的详细结构。最后,采用HLA开发环境建立了系统仿真结构模型,仿真实验证明了所建立系统体系结构的有效性。研究内容对提高编队复杂作战环境适应能力和整体作战效能至关重要。     

基于PER-APF算法的无人驾驶汽车换道轨迹规划

针对传统人工势场算法在解决无人驾驶汽车换道轨迹规划过程中存在的不足,提出一种基于势能重构人工势场 (Potential Energy Reconstruction- Artificial Potential Field, PER-APF) 的无人驾驶汽车换道轨迹规划算法。首先,建立了具有斥力区分的道路边界约束条件和多约束换道轨迹规划模型,通过判断障碍车辆与道路边沿的距离来保证换道过程的安全性与有效性;其次,提出了基于势能重构的改进APF算法,通过构建虚拟区域以及重构物理势能力场,有效的解决了目标不可达以及局部最优问题。仿真结果表明,所设计的PER-APF算法能够快速有效地为无人驾驶汽车规划一条安全合理的换道轨迹。     

基于模糊人工势场法的多智能体编队控制及避障方法

针对动态环境中多智能体编队控制及避障问题,提出了一种基于模糊人工势场法的编队方法。首先,在领航跟随法的框架下控制编队队形,在动态队形变换策略的异构模式下,使用人工势场法为多智能体编队中每个智能体规划避障路径;其次,利用模糊控制器控制跟随智能体追踪领航智能体,同时保持跟随智能体之间与领航智能体的相对距离,遇到未知障碍物时,及时保持多智能体编队之间的队形并避免碰撞障碍物。针对人工势场法在引力增量系数和斥力增量系数设置的局限性,利用模糊控制器选择出适应环境的增量系数。Matlab仿真实验结果表明,该方法能够有效地解决复杂环境下多智能体编队控制及避障问题,使用效率函数对实验数据进行分析,验证了所优化方法的合理性和有效性。     

基于目标一致算法的导弹编队控制与仿真

导弹的突防性能是衡量导弹优劣的核心技术指标,如何提升导弹的突防能力受到世界各国的高度重视。为了提升导弹的突防概率,可以采用导弹编队协同作战的方式,实现导弹的密集临空,对敌实施饱和攻击,最终实现导弹突防能力的提升,并且多弹编队对大型目标的毁伤效果更加明显和高效。为了提高导弹编队的协同作战能力,围绕导弹编队协同的概念与模型,开展编队控制的理论与仿真研究,设计了基于目标一致算法的编队方法,实现了编队成员的协同控制,利用MATLAB进行了相关的仿真,分别调整导弹方向控制参数和速度控制参数,对比不同参数状况下导弹编队飞行状态变化,获取最佳状态控制参数,实验验证了算法的有效性。     

基于广义预测控制的船舶编队

针对多船舶之间的编队合作问题,对船舶的编队控制进行研究。利用广义预测控制方法在船舶运行中对理想路径曲线进行预测,得出船舶的运动控制策略;通过运用领导-跟随者编队方法,在Cartesian坐标系下建立船舶编队控制模型,基于这种模型建立一系列船舶航迹约束,得到船队跟随者成员的控制策略。同时在船舶运行过程中,加入风浪的扰动,进行模拟仿真,得到船队的运行轨迹。     

基于动态模糊人工势场法的移动机器人路径规划

传统人工势场法在路径规划中存在局部极小值问题,而且不能满足动态环境中移动机器人路径规划对实时性、安全性和可达性的要求.针对传统人工势场法存在的问题,通过引入速度矢量,改势场力函数,并与模糊控制方法相结合,实时调节斥力势场系数,克服人工势场法的缺陷.在MATLAB平台中验证了方法的有效性,实验结果表明,该方法优于人工势场法模型的路径规划.     

无人作战飞机低可探测航线仿真检验方法研究

为了确保无人作战飞机在执行任务时较不容易被敌方雷达探测到,需要对无人作战飞机任务航线的低可探测性进行检验.分析并建立了基于机身RCS特性的航线低可探测性的计算模型;提出了使用B样条曲面对离散探测距离点进行插值的方法,形成连续RCS探测距离曲面;运用可视化仿真的手段,建立该计算模型的三维模型,将航线与周围战场环境、电磁环境、探测模型综合地表现在虚拟战场中.最终实验结果证明了该方法可以有效地提高指挥人员对航线的检验效率.     

多UCAV协同任务分配模型及粒子群算法求解

任务分配是多无人作战飞机(UCAV)协同控制的基础.对此,分析了影响任务分配的关键战技指标,建立了针对攻击任务的多UCAV协同任务分配模型.应用连续粒子群算法对问题进行求解,建立了粒子与实际问题间的映射,通过位置饱和策略构造粒子的搜索空间,采用自适应惯性权重提高粒子群算法的收敛速度和全局寻优能力.考虑到单机的任务载荷限制,引入了买卖合同机制以实现多机任务协调.仿真结果表明,所提出模型和算法可以较好地解决多UCAV协同任务分配问题.     

动态环境中多UCAV协同控制的滚动优化

战场环境的动态性和不确定性以及协同控制的复杂性,使得在线多无人作战飞机(UCAV)协同控制难以满足时间敏感性要求。针对多UCAV协同控制中的任务调度问题,设计了滚动优化方法,从任务层次解决了动态环境中的多UCAV协同控制问题。仿真实验和分析表明该方法简单有效,能够应对战场环境中的多种突发情况,具有很好的时间性能。     

Formation Potential Field for Trajectory Tracking Control of Multi-Agents in Constrained Space

In this paper, a novel Formation Potential Field method is proposed for the multi-agent formation control. The objective is to control a group of agents to automatically generate and maintain a specific formation while avoiding internal collisions and collisions with spatial constraints. A Formation Potential Field is designed combining multiple local attractive potential fields with multiple local repulsive potential fields. To further relax requirements of agents' initial positions and enhance the robustness, a global attractive potential field is added outside the influence range of the local Formation Potential Field. The optimality of the proposed scheme in formation time is analysed as well as illustrated by contrast simulation results. Following the design of the Formation Potential Field, two controllers are proposed accordingly to achieve a stable dynamic formation during the process of trajectory tracking, while the saturation effect of input is taken into account. Furthermore, a collision avoidance strategy based on artificial potential field and Dirac delta function is applied to locally modify the original trajectory of the virtual leader such that agents can avoid collisions with unexpected spatial constraints while maintaining the given formation. Simulation results are presented to illustrate the performance of proposed approaches.     

基于视觉反馈的毫米级颗粒超声操控研究

声波具有良好的穿透性与较广的波长范围,能够突破传统光镊、磁镊、微流控技术的操控颗粒尺寸限制,因此非接触超声操控技术成为研究热点之一.为克服传统驻波声镊的应用局限性,深入探讨基于单面全息声镊系统实现的毫米级颗粒轨迹操控技术.根据Twin声阱模型提出求解相应相位矩阵的快速实现算法,以保证后续轨迹操控的实时性;根据被控颗粒受力模型及自平衡时长设定轨迹操控策略,以保证操控的稳定性;为确保声镊系统驱动信号的同步性,基于处理器FPGA设计相应复用电路;为提升实际轨迹的准确性,基于FPGA实时视觉测量功能实现闭环反馈.实验通过所设计的声镊系统成功完成直径3mm聚苯乙烯小球的正方形轨迹移动操控.结果表明,所提出系统声场生成和视觉检测计算效率高,轨迹操控快速同步,实时可靠,轨迹形状与目标轨迹一致性好.     

An Optimal Control Strategy for Multi-UAVs Target Tracking and Cooperative Competition

An optimal control strategy of winner-take-all (WTA) model is proposed for target tracking and cooperative competition of multi-UAVs (unmanned aerial vehicles). In this model, firstly, based on the artificial potential field method, the artificial potential field function is improved and the fuzzy control decision is designed to realize the trajectory tracking of dynamic targets. Secondly, according to the finite-time convergence high-order differentiator, a double closed-loop UAV speed tracking the controller is designed to realize the speed control and tracking of the target tracking trajectory. Numerical simulation results show that the designed speed tracking controller has the advantages of fast tracking, high precision, strong stability and avoiding chattering. Finally, a cooperative competition scheme of multiple UAVs based on WTA is designed to find the minimum control energy from multiple UAVs and realize the optimal control strategy. Theoretical analysis and numerical simulation results show that the model has the fast convergence, high control accuracy, strong stability and good robustness.      

一种基于势能函数的多智能体编队控制新方法

提出一种针对移动障碍物的编队控制方法．在二次积分模型的基础上,采用了采用了势能函数 进行控制设计,该势能函数是基于电势场的概念提出的．在智能体和障碍物之间采用基于位置并加以速度修 正的势能函数,在智能体之间采用基于位置信息的势能函数．状态反馈的策略则用于控制智能体向目标移动． 此方法减小了整个势能场的复杂度,降低了局部极小值产生的可能．文章证明了这种控制方法的稳定性,并 用仿真说明了此种策略的控制效果．     

无人作战飞机系统的辅助决策等级实验研究

无人作战飞机的辅助决策系统包括两部分：任务规划与控制站为操作者呈现清晰明确的任务界面和操作提示;机载智能体的变权限任务管理策略为操作者和无人机动态分配任务和功能,这些辅助都基于人与自动化的交互关系,分为召唤、建议和否决多个辅助决策等级。为了定量评测各级辅助决策方式的效用和辅助不可靠的负面影响,设计开发了等级实验。通过比较操作者手动和三种辅助操作方式的反应时间和正确率,得到了三种辅助决策等级的效用基本相等,辅助可靠性超过35%时就可以采用等实验结论,结论可以用来指导无人作战飞机辅助决策系统的设计。     

基于空域法的UCAV群目标编群策略研究

随着空战环境和任务的复杂化,无人作战飞机开始从单个应用转向集群式应用,目标编群是UCAV群协同作战的首要条件。本文提出了基于空域法的目标编群策略,设计了目标编群的算法。仿真结果表明:基于空域法的编群策略能很好地适应空战中态势的变化,较好地获取目标的群数。