面向空地协同作战的无人机-无人车异构 时变编队跟踪控制

本文研究了无人机自主伴飞协同侦察技术中的异构集群系统空地协同时变编队跟踪控制问题,要求多无人机与无人车在形成期望时变编队构型的同时,实现对领导者参考轨迹的跟踪。首先,对无人机与无人车进行单体运动学与动力学建模,并引入代数图论概念,建立异构集群系统的协同控制模型。然后,引入虚拟领导者刻画编队整体的运动轨迹,并基于对虚拟领导者状态的分布式观测器,对各无人机-无人车构造分布式编队跟踪控制器。进一步分析异构集群系统实现时变编队跟踪的可行性条件,给出编队跟踪控制器中各参数的选取方法。最后,给出了一个仿真例子来验证所设计控制器的有效性。     

考虑内部避碰的无人机编队控制研究

针对无人机编队形成或变换过程中内部避碰的需求,设计了切换型编队控制器,以基于一致性的编队控制器为主导,附加避碰控制器。避碰控制器基于人工势场法,当无人机探测到安全范围内其它无人机时,避碰控制器起作用。给出了有向通信条件下基于一致性编队控制器参数选取的规则,保证多无人机系统最终形成给定编队。仿真结果表明,该控制方法能够使无人机集群系统形成编队,并且在编队形成过程中无人机间不发生碰撞。     

一种分布式多无人机协同定距盘旋跟踪制导律

多无人机协同跟踪运动目标既可以全方位探测目标信息,又可以应对外界视线干扰,降低丢失目标的概率,因而具有重要研究意义。基于Unicycle模型提出了一种仅需目标和邻近无人机信息的分布式协同定距跟踪制导律,解决了传统Leader-Follower方法中编队过于依赖Leader的问题,提高了编队网络的鲁棒性。针对静止目标设计了基于相对距离与视线角的分布式多无人机协同制导律,并证明了系统稳定性;该制导律推广至对匀速及变速目标的跟踪制导;利用飞行控制器、模拟飞行软件X-Plane和仿真软件MATLAB/Simulink对上述静止、匀速和变速3种运动模式的目标分别进行协同跟踪半实物仿真,结果验证了所提制导律的有效性。     

国外无人机集群协同控制技术新进展

综述国外无人机集群系统内涵、发展阶段及典型应用的研究现状,着重梳理协同控制技术在无人机集群中的应用和发展。首先详细分析Leader-follower方法、基于行为法、基于一致性方法及虚拟结构法四种协同控制技术的国外研究现状,并归纳总结其优缺点;然后着眼于无人机的感知能力,从基于位置、位移及距离的编队控制方法视角,分析协同控制技术的发展历程及方向;提出了现阶段无人机集群协同控制亟待解决的问题及深入探索的方向。     

基于虚拟中心的四旋翼无人机一致性编队控制研究

为提升无人机“蜂群”系统编队控制的一致性,以四旋翼无人机及所属“蜂群”系统为例,建立了四旋翼无人机单机以及“蜂群”系统模型。基于虚拟中心控制方法,提出了一种四旋翼无人机一致性编队控制策略。设计了一种分布式协同一致性编队控制律,并对该控制律的稳定性进行了推导分析。对应用该控制律的多四旋翼无人机组成的“蜂群”系统进行了编队飞行仿真,仿真结果表明,该控制律作用下的四旋翼无人机能够稳定飞行并在12 s内完成编队,验证了该协同编队控制策略的可行性和有效性。研究结果为提升“蜂群”系统的编队一致性问题起到了一定的理论指导作用。     

智能无人集群系统协同控制关键问题分析

无人机集群协同控制是智能无人机集群协同作战的技术基础,在复杂的动态环境和时间敏感态势下,可实现对各种信息快速有效地获取、处理、传输以及多平台的控制。针对智能化无人集群系统协同控制的关键问题,重点分析了复杂战场环境下多无人机系统的多级分布式协同控制体系结构以及具有时空约束的协同航迹规划问题,比较了采用三种不同算法的多无人机协同航迹规划的仿真结果;分析了集群编队控制中的协同控制策略和编队队形重构等关键问题,给出了多无人机编队运动轨迹和编队构型变化轨迹的仿真结果。最后从5个方面阐述了智能无人机协同控制技术的发展。     

小型旋翼机地面站导航系统

针对小型旋翼机的特点,设计开发一种人工遥控导航、自主导航与编队飞行相结合的小型旋翼机地面站导航系统。介绍小型旋翼机地面站系统构成,根据其飞行监测和控制要求,利用VC++可视化语言为开发工具,设计小型旋翼机地面站导航系统软件,讨论编队飞行队形方式,并以模糊控制原理对编队飞行控制进行算法研究。结果表明:该系统可进行飞行状态显示、姿态控制、数据存储、视频显示和航迹显示,为下一步研究一站多机的编队协同飞行控制奠定基础。     

基于双DSP 的高速无人靶机飞控系统设计

为提高对某型高速无人靶机的控制和管理性能,提出并实现以双DSP为核心的飞行控制系统设计方案.针对某型高速无人靶机的飞行特性和要求,DSP芯片之间采用异步通信方式进行数据传输,详细给出飞控系统的硬件组成和逻辑功能结构,介绍无人靶机飞行控制策略和软件设计,并进行半物理仿真试验.仿真结果表明:该飞行控制系统性能良好,逻辑合理,能很好地满足高速无人靶机飞行的要求,具有一定工程意义.     

飞行器编队神经网络自适应控制器设计

针对无数据链支持条件下的主从结构飞行器协同编队控制问题,对编队控制回路进行分析设计。首先在惯性空间中定义相对运动坐标系,建立相对运动模型;其次将领导者加速度信息作为扰动量,结合PD控制器与RBF神经网络理论,设计了编队控制律,并证明了控制系统的稳定性;最后,对编队飞行控制器进行了仿真,并与经典PD控制器进行对比。仿真结果表明,RBF神经网络能够增强控制系统的鲁棒性,使编队控制系统能够快速精确地对期望编队队形进行构建并保持。     

多无人机协同编队飞行设计方法

为解决军事对抗训练中作战飞机协同编队飞行进袭态势的构建问题,提出一种多无人机协同编队飞行设 计方法。采用单机个体路径跟踪控制与多机群体集中控制的综合设计方法,设计多无人机协同编队飞行总体架构, 建立多无人机之间的相对运动关系模型,给出飞行实施的控制策略,通过仿真实例验证了多机协同编队控制效果。 仿真结果表明：多无人机协同编队控制方式能够实现跟随机对领航机航迹的跟踪,可有效解决在3 维空间的编队 控制。     

基于DSP的双发无人靶机飞控系统设计

针对某型无人靶机飞控系统在性能、成本、功耗以及集成度等方面的较高要求,为了适应高原打靶实验,设计了一种基于TMS320F28335的双发飞控系统。结合CCSv4.1.1软件开发平台,详细阐述了飞控系统的设计思想及软硬件结构和控制策略。半实物仿真试验表明：该双发飞行控制系统结构设计合理并满足飞行要求,具有一定的工程应用价值。     

基于自适应神经网络Backstepping空中加油编队飞行控制

为解决无人机自主空中加油过程加油机和受油机编队飞行控制的问题,提出了对受油机采用导引回路和 姿态回路分离控制策略,采用L1 导引算法设计一种基于自适应神经网络Backstepping 飞行控制器。将改进的L1 导 引算法应用于受油机的横向和纵向的导引,使用自适应神经网络补偿受油机受到的外界的干扰和系统模型误差,神 经网络权值矩阵通过自适应律在线更新,并结合Backstepping 控制方法设计受油机的控制律。仿真结果表明：在受 油机与加油机编队飞行过程中,该设计方法能有效提高受油机的跟踪精度和抗干扰能力,解决空中加油编队飞行控 制问题。     

基于自适应神经网络Backstepping 空中加油编队飞行控制

为解决无人机自主空中加油过程加油机和受油机编队飞行控制的问题,提出了对受油机采用导引回路和 姿态回路分离控制策略,采用L1 导引算法设计一种基于自适应神经网络Backstepping 飞行控制器。将改进的L1 导 引算法应用于受油机的横向和纵向的导引,使用自适应神经网络补偿受油机受到的外界的干扰和系统模型误差,神 经网络权值矩阵通过自适应律在线更新,并结合Backstepping 控制方法设计受油机的控制律。仿真结果表明：在受 油机与加油机编队飞行过程中,该设计方法能有效提高受油机的跟踪精度和抗干扰能力,解决空中加油编队飞行控 制问题。     

无人机编队Dubins 航路规划及编队控制器设计

为完成无人机编队任务并解决无人机在飞行中因干扰而造成编队任务失败的问题,设计一种无人机编队 任务的Dubins 航路规划算法及控制器。根据无人机编队同时到达集结点的时间一致性要求,利用解析几何方法进行 航路设计,通过分析无人机飞行状态,设计了能够进行速度调整的控制器,并使用六自由度无人机模型验证了航路 算法及控制器的性能。仿真结果表明：该航路算法能够解算出各种编队任务的飞行航路,在控制器作用下能够很好 地完成编队任务。     

航母编队协同防空作战目标威胁评估

为准确判断来袭目标的威胁程度,使舰艇编队取得最佳的拦截效果,构建一种基于云模型的航母编队协同防空作战目标威胁评估模型。通过分析防空作战威胁评估因素,从攻击能力、攻击意图、攻击速度和舰艇相对价值这4个方面构建威胁评估指标体系,利用每艘舰艇的价值隶属度不同,计算出空袭目标对整个编队的威胁排序,并进行仿真验证。仿真结果表明：该模型能对数据进行合理处理和有效融合,准确快速地得出结果,为航母编队防空作战决策提供一定参考。     

简单自适应鲁棒飞行重构控制律研究

提出一种基于简单自适应控制的重构控制律设计方法,用于提高飞行重构控制系统的鲁棒性和抗干扰性。针对故障飞行控制系统,设计了一种包含一个基本控制器和一个简单自适应控制器的重构控制器。在基本控制器中,应用具有预定稳定度的线性二次型指标最优控制,以改善系统的稳定性;在简单自适应控制器中,引入并联前馈补偿器,保证故障飞行控制系统满足正实性要求,并将其转化为同时镇定问题,利用YALMIP工具箱进行了求解。以某型飞机侧向飞行控制系统为例,针对系统参数变化和承受有界干扰情况,对所提出的方法进行了仿真分析,结果表明该重构飞行控制系统在跟踪参考输入信号时具有较好的鲁棒性和较强的适应能力。     

小型无人机编队队形保持与重构算法设计

为解决小型无人机编队保持与队形重构控制的问题,设计一款适用于编队保持和队形重构的控制器.以小型固定翼无人机为对象,采用长机-僚机编队模式,建立相对运动关系模型,对无人机位置和姿态偏差进行分析,分别设计作用于速度和侧向通道的控制器,通过六自由度模型仿真系统对编队性能进行测试.仿真结果表明:该算法设计可实现编队保持和队形变换,满足性能要求.