具有避障的机器人集群系统分布式编队控制

针对具有线性二阶积分运动学模型的机器人集群系统,基于机器人之间的相对状态信息设计了分布式编队控制器.通过变量替换,将机器人集群系统的编队问题转换为一致性控制问题,推导得到了机器人集群系统实现期望编队队形的充分性条件.利用人工势场函数的方法,设计了具有避障功能的机器人编队控制器.最后,仿真实验证明,机器人集群系统实现编队并能够避免与障碍物发生碰撞.     

多无人机系统编队控制综述

多无人机系统编队随着战场环境变化将成为对空作战主要形式,分析了多无人机编队控制优势,给出了目前编队常见的几种形式,研究了多无人机系统编队控制的方法,对leader-follower法、基于行为的队形控制、虚拟结构法(virtual structure)进行了综述。将无人机编队控制方法按照通信方式分为集中式控制、分散式控制和分布式控制。指出一致性分布式控制与编队控制的相辅相成关系,并对多无人机编队后续研究作出了展望。     

多AUV编队控制

使用一致性算法l-φ和虚拟领航跟随结构法研究自主水下机器人的集群编队控制.基于一致性算法l-φ对各AUV所持有的参考信息进行一致性协商而达到状态一致.基于虚拟结构思想,将编队控制问题转化为跟随AUV对虚拟领航AUV的轨迹跟踪控制,使得各AUV相对于虚拟领航者的位置且在有限的时间内确保到达各自的期望位置.通过Java的GUI编程进行仿真实验来验证控制策略的有效性.     

打滑状态下的多机器人编队控制

讨论打滑状态下的多机器人编队控制器设计问题。打滑现象会使机器人偏离正常的运动轨迹,导致基于理想环境设计的控制器控制效果变差,甚至发生机器人失控的现象。考虑打滑因素的控制算法能使机器人适应更一般的环境,增强机器人的实际可用性。采用领导者-跟随者策略来协调各机器人的运动。领导者机器人的运动规律根据任务需要事先设定,随后控制跟随者机器人以一定距离和角度跟随领导者机器人运动。根据机器人的运动特性导出单机器人在打滑情况下的运动规律,并据此导出两机器人以距离-角度模型形成编队的方程。采用二阶滑模控制法来为跟随者机器人设计控制器,使得两机器人在运动过程中能够形成期望的队形。以Matlab仿真来验证算法的有效性。理论推导及仿真结果说明,导出的编队模型能够准确描述机器人在有打滑情况时的运动规律,二阶滑模编队算法具有较好的抗干扰能力,适用性强。     

基于蓄电池储能的主动配电网优化配置模型研究

主动配电网中分布式能源的合理配置是电网系统得以经济、可靠运行的重要因素。现建立了日前多时段优化模型,考虑了微型燃气轮机、光伏发电、风力发电等间歇性分布式发电及蓄电池储能在主动配电网中有功—无功功率的出力特性。由于优化配置模型涉及非线性潮流模型以及蓄电池状态切换的整数变量,所以难以快速准确地求解该优化配置问题。据此采用二阶锥优化算法松弛原模型,调和求解精度和计算速度的矛盾。在修改的西门子Benchmark低压配电网中验证了所提模型,结果表明,所提模型准确度高,适应性好,符合工程实际应用需求,二阶锥优化算法能有效快速地求解问题。     

无人机集群任务可靠性建模及重要度分析

面对复杂、高对抗的战场环境,传统以平台为中心的静态可靠性评估难以满足无人机集群执行多样化任务的可靠性分析需求。由于无人机集群本身具有一定的冗余性,对其可靠性的研究重点已转变为以任务为中心的可靠性。及时、准确评估无人机集群任务可靠性,并分析集群的薄弱环节,对于任务规划、决策制定和提高任务成功率具有重要意义。根据集群的编队队形和任务,建立基于一维线性连续n中取k系统和二维连续(m, n)中取(r, s)系统的无人机集群任务可靠性模型,并得出当集群中不同位置的某架或某些无人机失效时对集群任务可靠性变化以及性能的影响。然后分别建立无人机集群在一维、二维空间的Birnbaum重要度和综合重要度分析模型,确定集群中的薄弱环节和关键无人机。最后基于不同编队形式的无人机集群任务可靠性算例,分析无人机失效对集群任务可靠性以及性能的影响,验证了提出方法的正确性和有效性。     

基于改进平衡优化算法的多无人机网络覆盖技术

针对通信受限区域网络覆盖优化问题,提出一种改进平衡优化算法,提高多无人机编队飞行网络覆盖率。分析无人机网络覆盖特性,对多无人机进行网络覆盖面积建模,完成无人机数量预估;采用随机反向学习机制生成平均初始种群个体,提高了平衡池候选解的样本分布;对候选解采用莱维飞行方法进行优化迭代,提高了算法的收敛速度;并引入非线性递减的变种群数量策略,动态调整平衡算法的粒子数量,有效地提升了算法的计算效率。设计算法仿真样例,仿真结果表明,所设计的改进型算法比传统的平衡优化算法迭代次数减小近50%,同时目标区域的网络覆盖率得到显著提升。     

多无人机编队飞行硬件在环测试平台系统的研究

为了能够验证基于各种智能算法所设计出的多无人机近距耦合编队飞行控制器的工作性能,研制了一套新的、低成本的硬件在环测试平台系统,由基于DSP技术的飞行控制子系统、基于Statemate技术的飞行控制子系统虚拟原型机和地面测试子系统组成,并阐述了各子系统的硬软件结构及其关键技术.最后,利用该测试平台,对所研究的多无人机编队飞行模型和编队飞行控制器进行了测试.试验结果表明,该测试平台系统可以测试编队控制器在不同条件下对无人机编队飞行的控制效果,同时也可通过该平台来进一步证明所研究的编队飞行控制系统相关理论算法的正确性和有效性.     

考虑内部避碰的多无人机有限时间环形编队控制

针对多无人机系统利用有限时间环形编队算法执行环形编队任务时易发生碰撞这一问题,提出一种基于改进人工势场法的多无人机有限时间环形编队控制算法,引入一组与障碍物移动方向垂直的辅助势场,避免了多无人机在快速编队过程中发生内部碰撞,并解决了传统人工势场法易陷入局部最优解的问题.为验证本文算法的有效性,在无人机初始位置、势场影响...     

四旋翼无人机的编队飞行控制系统设计

为了解决单架无人机执行任务效率低,安全冗余差等问题设计了一种基于GPS的无人机编队飞行控制系统。无人机端主控芯片采用STM32F427搭载Nutt X嵌入式操作系统,保证了姿态解算、姿态控制、导航、通讯等复杂任务的实时有序执行。使用ZigBee通讯模块、MAVLink通信协议搭建无线通讯链路,并解决了多节点之间的通讯以及通讯冲撞问题,实现了无人机之间、无人机和地面站的稳定通讯。在地面站端对各架无人机位置的检测,并在此基础上使用编队算法实现多架无人机的三角形、直线等阵形的编队飞行。实验表明,该系统能有效的实现多无人机的编队飞行控制。     

基于元胞遗传算法的多无人机编队集结路径规划

针对多无人机编队集结路径规划问题,提出了基于元胞遗传算法的单机航迹规划方法,设置了基于时间约束的速度代价,在此基础上,提出了基于时间协同和防碰撞的多机编队集结策略。仿真结果表明,算法搜索成功率高、稳定性好,得到的多条路径满足无人机性能约束、时间协同性和安全性要求。     

基于四旋翼无人机的二阶PD积分滑模控制算法研究

为提高6自由度四旋翼无人机系统飞行稳定的收敛速度问题,提出双闭环二阶PD积分滑模控制器的设计方法。该控制器的外环采用二阶PD控制算法使无人机在控制精度上有显著的提高;以系统姿态角动态变化为内环,通过引入饱和函数的积分滑模控制,有效抑制滑模控制算法本身的抖振效应,实现期望轨迹的可靠跟踪,同时利用李雅普诺夫函数证明该系统能够快速收敛达到稳定。仿真结果表明,当无人机受到外界扰动后可以快速准确跟踪螺旋上升的航迹,验证了所提算法的有效性和鲁棒性。     

GH4169高温合金疲劳寿命非线性超声检测研究

基于超声无损检测理论,研究金属板材弯曲疲劳引起的超声非线性波动规律,建立相对非线性超声系数β′、δ′与基波、谐波幅值定量关系。利用位错模型解释了金属材料存在晶格微缺陷或应力时,超声二阶与三阶非线性系数β、δ的变化趋势。建立非线性超声检测系统,测量GH4169高温合金板材疲劳弯曲试验过程中超声相对非线性系数β′、δ′的变化趋势。实验结果表明:随着疲劳寿命的增加,相对非线性系数单调增加。二阶与三阶相对非线性系数与疲劳寿命关系转折点分别出现在疲劳寿命80%左右和60%左右。在第一阶段相对非线性系数随着疲劳寿命单调增大,在第二阶段相对非线性系数随着疲劳寿命增加出现波动或保持不变,甚至出现下降现象。对于二阶相对非线性系数,实验曲线与位错综合模型预测数据具有较好的一致性。对于三阶相对非线性系数,实验曲线与位错偶模型预测数据具有较好的一致性。     

主动悬架的二阶滑模容错控制研究

针对主动悬架执行器故障,基于终端滑模和二阶超螺旋滑模算法,研究不同路面激励及不同执行器故障下悬架系统特性,实现主动悬架容错控制的目的.首先建立了七自由度悬架模型和非线性液压执行器模型,将悬架系统分为簧载质量运动的内部动力学和含有执行器子系统的外部动力学;然后引入非奇异快速终端滑模控制器来抑制簧载质量运动加速度,并利用超螺旋滑模控制器来跟踪终端滑模产生的期望控制力,使主动悬架在外部干扰及执行器故障工况下仍能保持期望性能;最后利用Lyapunov方程证明了超螺旋滑模控制器的稳定性.仿真结果表明:控制算法能有效提升车辆振动系统的性能;相比于传统的H∞控制,二阶滑模能更有效地提升系统的可靠性.     

基于领航跟随法的多AUV编队控制算法研究

针对已知路径下基于领航者的多自主水下机器人(AUV)编队队形控制问题,提出了一种AUV路径控制和编队协调控制相结合的新型编队控制器。其中,AUV的路径跟踪控制采用反步滑模控制器,将AUV位置、姿态和时变速度跟踪转化虚拟速度控制,使AUV能达到期望的位置、速度等,避免了反步控制中的奇异值问题,并能够很好实现不确定的模型的控制,同时又提高了跟随者协同定位精度;在路径跟踪控制基础上,编队协调控制器将领航者与跟随者的位置误差控制转化为跟随者的速度误差控制,使跟随者能快速达到期望位置,从而使所有AUV实现期望的队形并保持。仿真实验对该控制策略进行了可行性验证,结果表明,该算法提高了编队的响应速度、控制精度和稳定性;再应用3台AUV进行了湖上试验验证,证明了该控制策略的有效性,能有效应用到实际中。     

无速度多追踪的量化间歇控制

为研究二阶多智能体系统的多追踪问题,同时考虑通信时滞存在的情况,提出了一个仅采用相对位移信息的间歇控制协议.智能体的信息在传输之前,通过随机量化的方法进行量化.基于代数图理论、随机量化和稳定性理论,得到了实现多追踪的一些充分必要条件.为了克服通信带宽的限制,在信息传输前,采取随机量化的方案量化智能体的信息.因此,对于研究二阶多智能体系统的一致性问题来说,与连续数据相比,采样数据是更实际的来源.实例分析表明在所提出的控制协议下,被控系统能有效的追踪期望轨迹.     

无速度多追踪的量化间歇控制

为研究二阶多智能体系统的多追踪问题,同时考虑通信时滞存在的情况,提出了一个仅采用相对位移信息的间歇控制协议.智能体的信息在传输之前,通过随机量化的方法进行量化.基于代数图理论、随机量化和稳定性理论,得到了实现多追踪的一些充分必要条件.为了克服通信带宽的限制,在信息传输前,采取随机量化的方案量化智能体的信息.因此,对于研究二阶多智能体系统的一致性问题来说,与连续数据相比,采样数据是更实际的来源.实例分析表明在所提出的控制协议下,被控系统能有效的追踪期望轨迹.     

金属板件中微裂纹的非线性超声表征方法研究

研究非线性超声波动规律,确定二阶、三阶相对非线性系数与基波、谐波幅值之间的关系。建立微裂纹非线性弹簧模型,研究在循环载荷作用下微裂纹形状尺寸(长度和宽度)变化对超声接收信号谐波幅值数的影响,确定二阶相对非线性系数与微裂纹形状尺寸的关系,随着微裂纹长度增加,二阶相对非线性系数随之增加;随着微裂纹宽度增加,二阶相对非线性系数随之减小。将二阶相对非线性系数与裂纹形状非线性弹簧模型与实验结果进行对比,具有较好的一致性。研究了三阶相对非线性系数与微裂纹形状尺寸的关系,随着微裂纹长度增加,三阶相对非线性系数随之增加;随着微裂纹宽度增加,三阶相对非线性系数随之减小。     

基于改进粒子群算法求解分布式多工厂生产调度问题

为解决分布式多工厂生产调度问题,将其转化为分布式柔性车间调度问题,设计了基于二阶振荡的随机权重混合粒子群算法,以最小化、最大完工时间为目标,将柔性作业车间调度问题嵌套于分布式调度方式中进行求解,利用随机权重来平衡全局和局部搜索能力,运用学习因子的二阶振荡提高全局搜索能力,并通过算例仿真验证了该算法的有效性和优越性.     

基于zigbee技术的无人机编队通信系统

针对无人机编队的网络通信要求,分析了无人机编队通信的拓扑结构,提出采用Zigbee技术进行无人机编队通信系统设计。给出了利用TI公司的CC2430单片无线收发一体芯片实现无人机编队组网通信系统的软硬件设计方案。