基于模型预测控制的无人机时空协同航迹规划

为了求解同时实现空间协同和时间协同的多无人机时空协同问题,提出了基于分布式模型预测控制的多无人机在线协同航迹规划的方法。建立了由MPC（Model Predictive Control,）控制器、空间协同模块和时间协同模块组成的多无人机分布式时空协同航迹规划框架结构。MPC将时空协同问题转化为滚动优化问题,优先级的方法实现了空间协同和时间协同的解耦,同时改进了碰撞冲突消解规则,并设计了时间冲突消解规则,解决了分布式时空协同问题的动作一致性问题。仿真实验表明,该方法可以有效地实现多无人时空协同航迹规划。     

复杂环境下无人机快速航迹规划研究

针对一般航迹规划算法在复杂环境下适用性差、耗时长、容易失效的问题,提出了一种复合快速航迹生成算法。该算法采用新型的多逻辑威胁值网点法为环境建模形式,在此基础上将加以改进后的粒子群算法引入到航迹近似最优解的快速求取过程中,对所得的航迹近似解进行分段局部优化以及可飞性修正处理,将近似解变为最优解。仿真结果显示该复合算法通用性好、速度快、精度高,能较好地应用于复杂环境下无人机航迹的快速求解。     

基于粒子群优化算法的无人机航迹规划

提出一种基于粒子群优化算法的无人机航迹规划方法,利用粒子群优化算法,在等效数字地图中实现单个目标点的无人机航迹规划,并对算法性能进行仔细分析,仿真结果表明,该方法能够快速有效地完成航迹规划任务,得到满意的三维航迹。     

基于粒子群优化算法的无人机航迹规划

提出一种基于粒子群优化算法的无人机航迹规划方法,利用粒子群优化算法,在等效数字地图中实现单个目标点的无人机航迹规划,并对算法性能进行仔细分析,仿真结果表明,该方法能够快速有效地完成航迹规划任务．得到满意的三维航迹。     

基于粒子群优化算法的无人机航迹规划

无人机作为侦察和作战的重要手段,重要的是保证侦察目标的准确性,对任务/航迹规划系统是无人机实现自主飞行和自主攻击的关键技术。在给出无人机航迹规划问题描述的基础上,提出一种基于粒子群优化算法的无人机航迹规划方法,利用粒子群优化算法,将约束条件和搜索算法相结合,从而有效减小搜索空间,得到一条全局最优路径并进行仿真。仿真结果表明,规划方法能够快速有效地完成规划任务,获得满意的航迹,满足无人机作战要求,具有重要的现实意义。     

基于群智能-一致性理论的无人机编队全过程飞行航迹规划方法

针对无人机编队执行任务全过程飞行规划问题,提出一种基于多步粒子群优化的无人机编队航迹规划算法.首先,对无人机和执行任务策略进行建模,将编队执行任务全过程划分为编队成形、执行任务、返航、解散和无人机降落5个阶段,设计不同阶段的飞行策略;其次,针对不同的终端约束条件,设计多类多层优化指标,提出多步粒子群算法,并引入模型预测控制滚动优化航路点,得到适用于不同阶段的能严格满足约束条件的航路规划方法;然后,建立旋转坐标系,将航路点信息转换为编队控制律中的理想航向和高度信息,得到能通过航路点的编队控制算法;最后,利用编队控制算法去执行航路规划方法给出的航路点,生成航迹,得到编队航迹规划算法.仿真结果表明,所提规划方法比传统方法更适用于编队飞行,能为编队规划执行任务全过程的平滑航迹,具有良好的通用性.     

多无人机模糊多目标分布式地面目标协同追踪

针对城市环境中多约束条件下多无人机协同追踪地面目标问题,综合考虑具有不同重要性等级的多个优化目标,提出了一种基于分布式预测控制的模糊多目标航迹规划方法.首先,考虑城市环境中建筑物对无人机视线遮挡、无人机和传感器能量消耗等因素,分别采用目标覆盖度、控制输入代价和开关量形式传感器能耗等为目标函数,将多无人机协同追踪航迹规划转化为多目标优化问题;然后,基于分布式预测控制框架,利用每架无人机未来有限时域内的预测状态,构建多无人机之间的避碰约束,并结合最小转弯半径等约束,形成分布式协同航迹规划模型;最后,针对多个优化目标的不同重要性等级要求,利用模糊满意优化思想将目标模糊化,并根据更重要目标具有更重要满意度的原则,将优先等级表示为松弛满意度序,通过在线求解得到有限时域内每架无人机的局部航迹;与传统多目标加权算法仿真结果对比,验证了所提方法的有效性,充分说明了该方法能够获得同时满足目标优化和重要性等级要求的最优航迹.     

多无人机航迹规划的自适应B样条算法

无人机集群能更高效地完成复杂和具有挑战性的任务,航迹规划和编队控制是无人机集群的研究重点。针对复杂环境下的无人机编队控制问题,提出了一种结合分段自适应B样条（Piecewise Adaptive B-Spline,PABS）方法的领航-跟随策略。采用滚动时域控制及快速粒子群优化算法为领航者无人机生成一条安全的参考航迹,并根据跟随者与领航者保持的几何关系为跟随者无人机生成参考航迹。针对生成的跟随者航迹不平滑以及可能与障碍物发生碰撞的问题,使用PABS方法对跟随者航迹进行平滑和避障处理。实验表明,使用滚动时域控制及快速粒子群优化算法及PABS方法能为领航-跟随策略下的无人机编队生成安全平滑的航迹,相比于圆弧插补技术,PABS方法能使航迹更光滑。     

基于高维多目标优化的多无人机协同航迹规划

随着无人机应用领域的增多,多无人机协同航迹规划问题变得愈发重要.然而,现存的多无人机协同航迹规划问题大多将多个目标加权转换为单目标问题进行优化,为减少多目标加权的主观性,本文提出一种基于高维多目标优化的多无人机协同航迹规划模型,此模型可以同时优化多无人机航迹距离代价、多无人机航迹威胁代价、多无人机航迹能耗代价,以及多无...     

基于K路径算法的多无人机协同航迹规划

对于满足无人机团队中各机同时到达目标这样一个特定的协同要求,首先采用K路径算法实现了无人机的多航迹规划,然后采用速度控制和K路径算法相结合的办法实现了各无人机之间的时间协同.对整个协同航迹规划问题,采用一种分散式求解方法,把高维优化问题分解成低维、计算量小、通讯数据少的问题.     

基于QPSO 算法移动机器人轨迹规划与实验

针对移动机器人路径规划问题,提出一种基于QPSO算法的路径规划方法,并用概率论的方法分析了移动机器人路径规划的收敛性,阐明了该方法随均匀分布和正态分布的参数关系和收敛区间;然后根据移动机器人的运动特征提出一种改进的轨迹规划方法。移动机器人平台的实验结果表明了该方法在移动机器人路径规划中的有效性和可行性。     

先进布局无人机多目标自适应概率引导控制分配

针对先进布局无人机多操纵面冗余的控制分配问题, 提出一种基于自适应概率引导的混合多目标控制分配方法. 首先, 根据冗余舵面操纵特性, 建立带约束的舵面动态效能模型, 提出精度需求不同的混合多目标优化指标. 随后, 为了综合平衡各目标寻优精度与求解速度提出基于自适应概率引导的多目标粒子群控制分配方法. 该方法根据各目标最优值与期望精度差值构建自适应概率函数, 依概率选择全局最优解, 引导种群向各目标期望精度方向精细搜索以提升算法解算精度, 减少无用搜索以提高求解速度; 同时, 根据收敛性指标增加变异因子, 避免算法陷入局部最优. 最后, 仿真验证该方法可有效处理舵面耦合及非线性特性, 减少能耗损失, 实现操纵面多目标控制分配, 使得无人机快速平稳跟踪控制指令.     

固定翼无人机在线航迹规划方法

在不确定环境下,针对固定翼无人机（UAV）航迹规划问题,提出了一种基于滚动时域控制的模糊粒子群优化算法与改进人工势场法相结合的在线航迹规划方法。首先,对凸多边形障碍物进行最小外接圆拟合;然后,根据静态威胁,将规划问题转化为一系列时域窗口内的在线子问题,利用模糊粒子群算法实时优化求解以实现静态避障;当环境中存在动态威胁时,使用改进人工势场法对航迹进行调整完成动态避障。为了满足固定翼无人机的动态约束,同时提出固定翼UAV的碰撞检测法,可提前判断障碍物是否为真正威胁源,以此减少转弯频率和幅度,降低飞行代价。仿真实验结果表明,所提方法在固定翼UAV航迹规划中能有效提升规划速度、稳定性与实时避障能力,且克服了传统人工势场容易陷入局部最优的缺点。     

基于交互车辆轨迹预测的自动驾驶车辆轨迹规划

针对城市道路等复杂行车场景,提出了一种基于交互车辆轨迹预测的自动驾驶车辆轨迹规划方法,将高维度的轨迹规划解耦为低维度的路径规划和速度规划;首先,采用五次多项式曲线和碰撞剩余时间规划车辆行驶路径;其次,在社会生成对抗网络Social-GAN的基础上结合车辆空间影响和注意力机制对交互车辆进行轨迹预测;然后,结合主车规划路径、交互车辆预测轨迹及碰撞判定模型得到主车S-T图,采用动态规划和数值优化方法求解S-T图,从而得到满足车辆动力学约束的安全、舒适最优速度曲线;最后,搭建PreScan-CarSim-Matlab&Simulink-Python联合仿真模型进行实验验证。仿真结果表明,提出的轨迹规划方法能够在对交互车辆有效避撞的前提下,保证车辆行驶的舒适性和高效性。     

四旋翼无人机三维航迹规划及跟踪控制

无人机航迹规划是指根据地形和威胁分布,规划出满足任务要求的合理航迹.为了满足三维空间快速规划的需求,提出了一种基于人工势场的三维航迹规划方法.首先,定义了目标和威胁物的虚拟力函数,推导出了三维空间参数约束方程,并采用联合威胁概念解决三维空间局部极小和振动问题;其次,引入空间圆弧插补技术生成光滑航迹;此外,为方便跟踪控制,提出了航迹时域化方法;最后,利用动态系统全局渐近稳定定理,设计具有全局Lipschitz的闭环系统,实现了具有内外环严格稳定性的双环轨迹跟踪控制.仿真结果验证了航迹规划和跟踪算法的有效性.     

采用预测控制的龙门架式冗余自由度机械臂轨迹规划算法

为解决近年来工业常用的复杂结构大型机械臂的运动控制问题,本文以龙门架式机械臂为研究对象,首先结合材料力学分析,对在双臂荷载下的横梁挠度公式进行推导,进而对机械臂系统建立精确的运动学模型.为了便于后期算法设计,又在此基础上进行了降阶、线性化等模型简化工作.针对这一具有关节限位等约束条件和冗余自由度的多输入多输出高维复杂系统,提出了一种基于预测控制的轨迹规划算法.该算法根据模型中不同关节的运动范围以及定位精度等特性,划定其不同的运动优先级,通过在优化问题中对各个关节控制量设置不同的权重,来解决冗余问题.同时通过实时更新与滚动优化,很好的保证了控制的及时陛.仿真结果表明了本文所推导的挠度公式的准确性和所提出算法的有效性,不仅很好地解决了冗余问题,而且充分利用不同关节的运动特性,针对不同类型的跟踪目标值给出相适应的轨迹规划方案.     

基于集散式模型预测控制的多无人机协同分区搜索

针对多无人机在对大范围目标区域执行协同搜索任务时搜索资源分配不均、容易因频繁转场造成资源浪费等问题,借鉴集中式控制和分布式控制结构的优点,建立了集散式多无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)协同搜索结构体系,通过聚类分析和V图划分等方法对目标区域进行分区,结合各子区域任务特点对无人机群进行搜索任务分配,并采用一种经改进后可有效增大UAV预测范围的预测控制模型,研究了动态环境下多UAV集散式协同分区搜索问题,最后,将所提方法与常见几种协同搜索方法进行对比仿真,获取仿真结果验证了所提方法在目标发现概率和搜索效率方面的有效性和优越性.     

Energy-efficient receding horizon trajectory planning of high-speed trains using real-time traffic information

Optimal trajectory planning of high-speed trains (HSTs) aims to obtain such speed curves that guarantee safety, punctuality, comfort and energy-saving of the train. In this paper, a new shrinking horizon model predictive control (MPC) algorithm is proposed to plan the optimal trajectories of HSTs using real-time traffic information. The nonlinear longitudinal dynamics of HSTs are used to predict the future behaviors of the train and describe variable slopes and variable speed limitations based on real-time traffic information. Then optimal trajectory planning of HSTs is formulated as the shrinking horizon optimal control problem with the consideration of safety, punctuality, comfort and energy consumption. According to the real-time position and running time of the train, the shrinking horizon is updated to ensure the recursive feasibility of the optimization problem. The optimal speed curve of the train is computed by online solving the optimization problem with the Radau Pseudo-spectral method (RPM). Simulation results demonstrate that the proposed method can satisfy the requirements of energy efficiency and punctuality of the train.     

多运动目标的多无人机协同搜索追踪策略

针对多无人机协同搜索追踪区域内多运动目标问题,考虑无人机的传感器与避撞等约束和目标随机运动等特征,提出了以垂线搜索为基础的多无人机协同搜索追踪策略.策略包含任务分配和航迹规划两部分.在任务分配部分,设计了航道均分垂线搜索算法,将搜索资源在区域内均匀分配,提高协同搜索效能.在航迹规划部分,设计了改进的人工势场算法,避免发...