三维动态环境下多无人机编队分布式保持控制

针对无人机编队沿参考轨迹飞行时遭遇突发障碍物而发生碰撞的问题, 提出一种可实时避障及机间避碰的分布式编队保持算法. 基于虚拟结构编队策略, 采用非线性模型预测控制(NMPC) 方法设计分布式编队控制器. 为了实现通讯延迟下的机间避碰, 采用基于不同优先级的改进避碰惩罚策略. 仿真结果表明, 所设计的分布式编队控制器能保证编队及时避开环境中的突发障碍物, 且无人机间不发生互碰, 避障后的各编队继续以原队形沿参考轨迹飞行.

     

基于自适应粒子群算法的多无人机混合编队技术

为了解决无人机群体在复杂战场环境下的编队、避障、避碰问题,提出了一种将基于行为法和虚拟领航者法相结合的混合编队技术;为无人机编队设计了奔向目标、队形保持、避碰及避障共4种基本行为,通过对编队无人机的行为权重参数进行调整控制无人机编队的机动,编队无人机的行为权重参数通过自适应粒子群算法进行优化,然后对编队无人机的基本行为进行矢量合成,归一化处理后控制无人机的机动;仿真实验测试证明了该方法能使无人机群体保持期望的队形,实现了编队避障和内部避碰,进而更有效地完成编队任务,提高了多无人机编队的机动性能,促进了多无人机混合技术的发展。     

不同优先级的多水下机器人避碰技术研究

在多水下机器人之间显式通讯条件下,采用动态优先级策略成功地解决了水下机器人编队航行过程中的避碰避障问题。并建立了环境仿真器,进行了多水下机器人协调避碰仿真实验,取得了良好的效果,验证了算法的有效性。     

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。     

一种六自由度机械臂避障算法研究

文章首先分析了六自由度机械臂的特点,针对单个障碍物的避碰问题进行建模;接着设计了机器人避障的通用算法,利用该算法很好地解决了机器人的机械臂避碰问题,使机器人有效避障且完成任务.     

基于手眼双模态人机接口的移动机器人编队共享控制

传统的基于手控器单模态人机接口的移动机器人编队控制系统在进行队形变换和局部避障等复杂运动控制时效果较差。本文针对此问题提出了一种基于力反馈手控器和眼动仪双模态人机接口的编队共享控制方法。首先,将操作员的手部输入信号和视线跟踪信号分别映射为编队行进和队形切换命令。然后,设计一个由主端遥操作控制器和从端自主控制器组成的共享控制框架。主端遥操作控制器负责接收分发操作员的控制命令并接管编队行进运动控制和队形切换控制,从端自主控制器负责根据系统状态自主完成队形保持、外部避障和内部避碰等任务。最后,通过避障实验、队形切换实验和单双模态对比实验来证明该控制方法的有效性。实验结果表明,相对于传统的单模态双边遥操作控制,本文提出的控制方法降低了操作负荷,控制效率提升了17.42%。     

一种多约束下无人机编队的模型预测控制算法

针对多无人机在编队飞行过程中需满足机间避碰、通信、避障等约束的问题,设计一种考虑多约束的分布式模型预测控制算法,使无人机编队在满足上述约束的前提下,实现轨迹跟踪、队形保持.首先,在不考虑通信时延、外界干扰、噪声的情况下,以四旋翼为控制对象,建立线性时不变的单机及编队运动模型;然后,在考虑状态约束、输入约束、机间避碰、机间通信、避障等多种约束的情况下,以轨迹跟踪、队形保持为控制目标,基于虚拟领航策略设计一种分布式模型预测控制算法;接着,对优化问题的可行性以及编队系统的渐近稳定性进行分析,其中算法的终端部分设计、相容性约束设计是保证系统稳定的关键;最后,利用6架无人机仿真验证所提出控制算法的有效性.     

移动机器人编队的运动控制策略

为实现移动机器人编队的多样性、稳定性和队形变换连续性,并解决移动机器人编队运动中的避障、避碰、到达目标的问题,对基本队形进行分析,提出队形参数化的思路,建立基本队形虚结构的参数化数学模型,通过调整参数使队形在基本队形及其衍生的队形间进行变换;机器人在运行的过程中,利用行为融合方法、跟随领航者法、人工势场法和虚结构法对机器人进行运动控制,实现了机器人的避障、避碰、队形归建等目标。对上述策略进行了仿真实验,实验结果表明,使用本策略既保留了虚结构法队形稳定、队形归建迅速的优点,又改进了其灵活性差的不足。     

慢旋非合作目标快速绕飞避碰控制

针对慢旋非合作目标,利用滑模控制和人工势函数理论设计两种快速绕飞避碰控制器以实现安全快速绕飞.通过考虑非合作卫星的几何形状,建立椭球避碰区域模型,解决了球形避碰区域无法实现的快速绕飞避碰问题.基于完全的非线性相对运动方程,分别针对系统外界扰动上界已知和未知的情形设计避免碰撞的快速绕飞控制器,所设计的控制器均可以严格地保证快速绕飞的安全性.利用Lyapunov理论证明了系统的渐近稳定性,并通过数值仿真验证了所设计控制器的有效性.     

一种矢量人工势能场的多智能体编队避障算法

针对多智能体编队通过障碍物区域的避撞和避障问题,利用传感器的监控功能,采用改进的人工势能场法对避障算法进行优化,使多智能体编队能有效地通过障碍物区域,并在通过障碍物区域后再次形成多智能体编队.首先,从多智能体模型上进行改进,建立一种具有可视化范围的速度为矢量的速度可变的智能体模型.然后,使用矢量的人工势能场法进行多智能体编队的避撞和避障.最后,针对多智能体编队避障过程中会存在“局部困扰”的情况,加入“回环力”使多智能体编队能够通过障碍物区域,并在通过障碍物区域后继续编队运行.同时,使用MATLAB软件在坐标系中进行多智能体编队的避障仿真,验证了改进人工势能场法的有效性和正确性,为多智能体编队避障问题提供了更加有效的方法.