四旋翼无人飞行器编队控制算法的研究.pdf

1、多旋翼无人机（尤其是四旋翼无人机）目前无论在科研领域还是商业领域均获得了前所未有的关注。以麻省理工学院、宾夕法尼亚大学、北京航空航天大学等为代表的一大批国内外高校的顶尖实验室团队都投入了大量的科研精力来研究多旋翼无人机控制与应用相关课题。无人机编队技术作为多机器人协同控制的子课题，在行业级无人机应用中具有巨大的潜力。多旋翼无人机在复杂地形编队工作方面，其在成本、效率和功能实现性上具有的优势是传统的地面机器人、固定翼无人机甚至有人驾驶飞机

2、所无法媲美的。
　　本研究主要内容包括：⑴提出了两种基于无人机平台的编队控制协议。第一种是静态编队控制协议，基于无人机动力学模型，结合饱和约束理论，实现有领导者的静态多机编队飞行。第二种是基于时变目标函数的动态多机编队控制协议，编队问题被转换为一致性问题进行分析处理，同时给出了时变目标函数相关约束条件。⑵对提出的两种控制协议的有效性进行验证，进行相关的仿真实验。第一种静态编队控制，选择了五架无人机进行编队仿真实验。第二种动态编队控

3、制，设计了三机编队飞行“八字”轨迹，选择了合适的目标函数和参数，完成控制协议的仿真验证。最终给出相关仿真结果，在理想动力学模型基础上确认了该编队控制协议的有效性以及较为优异的性能。⑶在理论分析和数值仿真的基础上，引入了3D引擎Irrlicht，完成了基于3D引擎的无人机编队动态仿真环境的开发，使得编队仿真的结果更加直观，易于分析。⑷为了对提出的编队控制协议进行进一步的验证，本文又提出了微型四旋翼飞行器的编队控制实验方案。在机器人操作系统