战斗机人工势场在主从编队引导控制中的应用

引入战斗机人工势场的概念,建立针对主从编队引导控制的模型。在分析势、势场力的基础上,构建战斗机编队的队形势以及队形力函数。建立编队控制模型,编队队形的结构与队形参考点有关,参考点的数量和位置由队形和队形控制方式决定,主从编队控制以长机为队形参考点。建立了基于队形力的主从编队控制模型,并应用于实际领航者之中。仿真表明飞行误差收敛速度快,僚机能够稳定跟踪领航者的飞行轨迹,并保持较小的跟踪误差(20～40m)。在密集编队控制中,仍需改进控制器和优化参数;在稀疏队形和分散队形中,完全可以满足控制需要。

主从编队反舰导弹末制导段一体化位姿控制

针对领弹—从弹编队构型的反舰导弹的末段协同制导,提出一体化位姿控制(ICPA)策略,将传统的位置跟踪控制和姿态稳定控制集成一体。建立便于一体化策略实施的串级型设计模型,在动态面控制的框架下设计一体化位姿控制算法,并通过Lyapunov方法证明其稳定性。从弹仅需获取领弹的位置信息,就能在确保自身姿态稳定的同时精确跟踪期望位置保持编队构型,而无需领弹的航向、速度、姿态等其他信息。总结一体化设计思想的本质:通过一个中间状态量建立质心方程和姿态方程之间的直接联系,集成出一个串级型设计模型,并针对其进行闭环算法设计。最后,通过仿真对所提出的一体化位姿控制策略及算法进行校验。

实时位置反馈的多机器人主从式编队控制

提出了一种基于反馈控制的多机器人的编队控制方法,能够使主从机器人在相对运动时保持期望的角度和距离,并且形成稳定的编队结构。然后运用数学图论将单一主从式编队控制扩展到多机器人的编队控制,能够更加简易的实现编队控制和几何形状的变换,最后通过仿真验证了该方法的有效性。

主从式编队航天器连通性保持与碰撞规避

针对主从式航天器编队过程中存在的通信距离约束、航天器之间的碰撞以及空间干扰等问题,提出一种基于非线性干扰观测器和人工势函数的分布性协同控制方法。当初始通信网络连通时,通过在分布式协同控制器中引入吸引势函数,保证整个编队过程中通信网络始终是连通的。针对主航天器速度仅有部分从航天器直接可知的情况,为每一个从航天器设计分布式的速度观测器估计主航天器的速度,从而实现航天器之间的速度协同。此外,通过在控制器中引入非线性干扰观测器对外界干扰进行观测,显著增强了航天器编队的精度。仿真结果表明,本文提出的分布式协同控制方法不但能够实现对主航天器的速度跟踪以及航天器之间的队形保持,而且能够在编队过程中实现通信网络的连通性保持和航天器之间的碰撞规避。

基于生物启发反步级联控制方法的多AUV主从式编队

研究了自治水下机器人(AUV)在三维环境中主从式编队控制问题,提出一种基于生物启发反步级联控制方法.该方法利用领航者的位置信息以及期望的队形得到虚拟AUV的航行轨迹和速度信息,引入反步控制实现跟随AUV对虚拟AUV的轨迹跟踪,实现三维水下编队控制;利用生物启发神经网络有界性的特点,解决了速度跳变以及由此引起的驱动饱和问题.仿真结果表明,该方法实现了预期控制效果,并且有较好的有效性和实用性.

欠驱动AUV自适应编队控制策略

针对欠驱动AUV的编队问题,提出了基于柱坐标系的AUV运动学模型,以建立多AUV的期望编队区域和编队的人工势场函数。根据AUV的动力学模型建立多AUV自适应编队控制策略,并使用李雅普诺夫函数加以证明。在多AUV编队的仿真中,建立了3个欠驱动AUV编队的仿真平台,分析了欠驱动AUV在编队过程的特点,通过结合使用人工势场能函数,使领航员AUV在完成空间折线和螺旋线路径跟随同时,实现了跟随中多AUV的编队和队形保持,并使AUV之间的相对距离误差逐渐趋于零并保持稳定,从而证明了自适应编队控制策略,对欠驱动AUV编队的研究具有重要意义。

欠驱动 AUV 自适应编队控制策略研究

针对欠驱动 AUV 的编队问题，提出了基于柱坐标系的 AUV 运动学模型，以建立多 AUV 的期望编队区域和编队的人工势场函数。根据 AUV 的动力学模型建立多 AUV 自适应编队控制策略，并使用李雅普诺夫函数加以证明。在多 AUV 编队的仿真中，建立了 3 个欠驱动 AUV 编队的仿真平台，分析了欠驱动 AUV 在编队过程的特点，通过结合使用人工势场能函数，使领航员 AUV 在完成空间折线和螺旋线的路径跟随的同时，实现了跟随中多 AUV 的编队和队形保持，并使 AUV 之间的相对距离误差逐渐趋于零并保持稳定，从而证明了自适应编队控制策略，对欠驱动AUV 编队的研究具有重要意义。

日地平动点编队飞行自抗扰轨道维持控制

对日地平动点附近的航天器编队控制问题进行研究,为解决基于局部线性化模型设计轨道保持控制器时存在的控制精度不高、模型精确性过度依赖等问题,提出基于圆型限制性三体问题的日-地/月系统L_2点附近主从式航天器编队飞行的相对位置控制问题的解决方法.将主航天器设定在Halo轨道上,从航天器利用自抗扰控制方法控制在主航天器周围,编队系统内的未知动力学和外部扰动由扩张状态观测器获得,并利用非线性误差反馈对其进行补偿.数值仿真结果显示采用0.1μN到10 m N的控制力即可使航天器相对位置误差控制在位置精度要求范围内,同时在存在未知干扰的情况下该方法依然具有很好的鲁棒性,从而验证优越性.

四旋翼无人机一致性编队飞行控制方法

四旋翼无人机在民用及军用领域都发挥着越来越重要的作用。为了完成某些特定任务,需要由多架四旋翼组成的编队保持适当队形飞行。与单架四旋翼执行任务相比,四旋翼编队具有能增加任务成功率、提高整体抗干扰性能、扩大监控范围等优点。本文基于主从式编队结构,结合信息拓扑理论,把四旋翼编队描述为二阶一致性系统,设计编队控制器来实现四旋翼编队的稳定飞行。主机和从机均采用PID控制,主机跟踪预设轨迹,从机跟踪编队控制器计算出的轨迹跟踪指令。最后通过仿真分析了控制算法对四旋翼编队队形生成及队形保持的控制效果。

面向目标对峙跟踪的四旋翼协同编队控制方法

针对多四旋翼编队飞行过程中对地面目标对峙跟踪、几何队形生成、稳固保持和协同抗干扰问题,设计了一种可应对外部环境干扰和气动参数不确定性的多四旋翼主从式协同目标跟踪方法。首先,建立存在外部干扰以及参数不确定性的四旋翼运动学/动力学模型;其次,基于Lyapunov导航向量场设计领航者的对峙跟踪航迹使得领航者以固定对峙半径实现对目标的盘旋跟踪;然后,构造多四旋翼分布式位置保持控制器,为后续姿态控制器构造提供必要的期望指令;最后,针对四旋翼外部环境干扰和气动参数不确定性设计基于自抗扰控制的多四旋翼姿态跟踪控制器。仿真结果表明所提方法可以在局部智能体通信的前提下实现对地面目标的对峙跟踪,显著改善四旋翼编队系统的抗干扰能力,提升干扰环境下多四旋翼编队几何构型的稳固性。