基于多智能体协同的无人机编队控制研究

无人机的应用在各方面越来越受到大家的重视,特别是应用在复杂多变的战场中,其具有独特的优势。但是战场中单架次无人机作战能力非常有限,只能完成单一任务且效率较低。多无人机编队协同,可以充分发挥无人机编队的优势,实现更广泛的任务覆盖、更高效的任务执行能力。首先分析了多智能体组网、无人机编队协同动态组网的应用背景和应用场景,提出了“空-天-低空-陆地”联合通信的域,可以实现不同空间层次之间的信息数据传输,达到战场统一指挥和协同作战,提高作战效率;然后,分析之后建立了单个无人机的数学模型,设计了单个无人机的飞行控制器,且通过仿真得出翻滚角、俯仰角和偏航角响应时间分别为0.5 s,0.3 s和2.5 s;之后,基于AirSim插件、Matlab/Simulink、Python等工具设计了无人机编队协同控制系统,可以实现任务场景仿真、各无人机飞行数据的收集和处理;最后,为了解决各个无人机之间的数据交互和决策等问题,设计了协同通信控制模块,并且给出了具体的硬件原理、数据交互的通信协议等,通过仿真和实验完成了无人机编队协同控制系统,为现代战争中趋于无人作战提供一定的理论和实际参考意义。

无人机航拍图像的三维重建方法研究

在无人机为载体的基础上进行对目标场景的三维重建,就是结合无人机和计算机视觉技术,利用无人机操作灵活性,视角可控制性等优点。为实现更加完整的三维模型的重建,提出一种基于多图像拼接三维重建算法。基本思路是在无人机为载体的基础上,从不同方向获取目标物体的图像,通过自标定方法获取相机内参数,采用图像拼接融合技术对多幅图像分析、合成,从而最大限度地对建筑物场景的各种特征信息的描述。进一步对拼接融合后的图像进行特征点提取和点云匹配,从而获取全景图空间特征点三维点云,获得一个较为真实的重构对象的三维模型。实验结果表明,改进后的重构方法的精度较高,适合在许多场景三维重建的应用。

带机械臂四旋翼飞行器的控制方法研究

四旋翼飞行器机械原理简单,主要由四个螺旋桨和十字架结构机身组成,是典型的强耦合,非线性欠驱动的六自由度系统。四旋翼飞行器利用四个螺旋桨的转速变化,来控制机身的姿态变化。例如:绕Y轴的俯仰和沿Y轴的左右移动;绕X轴的横滚和沿X轴的前进与后退;绕Z轴的偏航和沿Z轴的上升与下降。四旋翼飞行器的姿态控制是控制系统的核心部分,是热门研究课题。文章的主要内容如下:1.首先对四旋翼飞行器进行了受力分析,通过导航坐标系与机体坐标系之间的变换及Newton-Euler方程对四旋翼飞行器建立运动学模型、动力学模型;2.根据建立的四旋翼飞行器的模型设计研究了基于抗饱和的串联PID控制算法,基于matlab/Simulink中提供的模块对四旋翼飞行器进行模拟仿真实验;3.基于饱和的串联PID控制算法进行仿真实验,结果表明基于抗饱和的串联PID控制算法有良好的动态特性;4.将携带的机械臂考虑成四旋翼无人机在飞行过程中所受的干扰,进行实验。本论文对携带机械臂四旋翼飞行器做了初期的研究,希望后期有更多这方面的学者深入研究。