工程结构分析的虚拟结构法

提出的虚拟结构法旨在解决形状不规则结构件的力学分析问题．虚拟一个形状规则的结构体，包容着不规则结构件；将虚拟结构边界上的虚拟力作为待定的未知量，通过控制方程和调整虚拟力的值，利用第一类数学规划加权残值法，使不规则结构的控制方程和边界条件得到满足．工程结构分析的虚拟结构法，实际上是加权残值配点法和线性规划法相结合的方法，是一种半解析方法．该方法应用于两个工程实际问题，计算结果表明，能很好地解决形状不规则结构的力学问题，是工程结构分析的一种有效方法．

基于虚拟结构法的分布式多无人机鲁棒编队控制

针对多无人机编队控制(UAVs)问题,本文提出了一种基于虚拟结构法的非线性鲁棒控制算法.首先将编队控制问题转化成两个子问题:在惯性坐标系下虚拟刚体(VRB)光滑轨迹的生成设计,以及在虚拟刚体坐标系下的无人机编队队形控制设计.针对部分无人机无法直接获取虚拟刚体状态的约束,通过引入相邻无人机的跟踪状态,实现了分布式的编队控制.同时,考虑多无人机近距离编队飞行时相互间的气流扰动影响,设计了基于supertwisting的鲁棒控制算法,提高了编队系统的控制精度和稳定性.利用Lyapunov稳定性分析方法,证明了位置跟踪误差在有限时间内收敛到滑模面,得到闭环系统全局渐近稳定的结果.最后通过实际飞行实验,验证了所提控制算法的有效性和鲁棒性.

Voronoi分布式虚拟结构制导炸弹群控制策略设计

为进一步提升精确制导炸弹群面向区域目标时的毁伤效果,基于现有制导炸弹动力学模型,给出炸弹群控制系统运动模型,并依托计算几何理论中Voronoi图对区域目标特征进行分析,给出各弹体最佳弹着点位置计算方法,运用多智能体虚拟结构法实现制导炸弹群下落过程中的队形可控,通过分布式一致策略达到各弹体间关于虚拟结构中心节点的一致性,实现对区域目标的最优覆盖毁伤,并对所提控制策略进行有效评估。

基于虚拟结构法的多移动机器人分布式预测控制

研究多移动机器人协同编队控制问题,提出一种基于虚拟结构的分布式预测控制算法.与现有编队控制方法相比,基于虚拟结构的方法可以使移动团队更加稳定地保持期望编队队形运动,通过将变换矩阵与虚拟结构相结合可以改善编队结构的灵活性,从而有效拓展该方法的应用范围.最后将所提出控制算法与现有编队控制方法进行对比仿真,结果验证了其有效性.

基于完整度评价指数的编队控制方法研究

机器人在采用虚拟结构法编队行进时,编队刚性队形的位置约束对算力要求比较高,进而对机器人搭载的运算设备要求较高。针对上述问题,提出一种基于完整度评价指数的编队控制方法,在编队队形形成之后,通过评估编队队形完整度评价指数,机器人可以自主选择编队队形采用速度或位置约束方式,以实现编队控制。仿真实验结果表明,与虚拟结构法相比,采用完整度评价指数的编队控制方法能保持编队队形稳定,并可减少运算次数,节省机器人算力。

模型补偿反步控制及其在四旋翼编队中的应用

针对多无人机受模型偏差和外部扰动导致的编队构型不稳定问题,提出一种模型补偿控制的思想,在此基础上设计基于补偿函数观测器(CFO)的模型补偿反步控制器并应用于编队协同控制,把编队协同控制问题转化为传统控制问题,实现多无人机在复杂外部扰动下的编队集合、飞行和队形切换。所提出的控制器不仅保留了基于Lyapunov准则的全局指数渐近稳定性,还采用CFO来准确估计模型偏差和干扰并补偿到控制器中,有效增强了编队系统整体的抗扰能力。最后通过仿真和实验验证了算法的有效性。

欠驱动无人艇集群协同编队路径规划仿真

针对欠驱动无人艇集群协同编队路径规划问题,在零空间行为法的基础上引入虚拟结构法,解决了零空间行为法存在的编队稳定性不足的问题。通过将欠驱动无人艇集群编队任务分解成三个优先级不同的子任务,分别求解每个子任务的任务输出函数,最后将所有子任务的任务输出函数进行综合,得到综合的任务输出函数。在MATLAB环境与基于QT Creat环境的无人艇仿真控制平台进行了仿真验证,仿真结果证明,上述算法的有效性与可行性,欠驱动无人艇集群能够达到编队路径规划目的。

多个轮式移动机器人沿同一轨迹曲线运动的编队控制研究

针对多个轮式移动机器人在狭长路段的编队运动,在领航-跟随法的框架下,研究了含输出约束的多个轮式移动机器人的编队控制设计问题。提出的控制策略可在系统受到外界干扰时,实现领航者和跟随者沿同一目标轨迹曲线运动并保持一定的距离。对于领航者,设计了基于动态跟踪目标的控制器,将原跟踪控制问题转化为对轨迹曲线曲率的跟踪。对于跟随者,基于运动中领航者与跟随者之间的几何关系,利用虚拟结构方法和障碍李雅普诺夫函数方法设计了一种鲁棒控制器,保证了跟随误差在一定范围,且使所有跟随者都能精确完成编队运动任务。数值模拟结果表明了所提控制策略的有效性。

四旋翼运输编队的环形耦合同步控制器设计

无人机编队协同运输时,外界干扰可能使无人机运动不同步、破坏队形、损坏运输物品。针对这一问题,提出一种优先保持队形稳定的无人机编队控制方法。首先,使用虚拟结构编队飞行策略,设计单个四旋翼的比例微分控制器(PD控制器),然后添加整个编队的环形耦合同步控制器。用仿真验证了该方法的有效性,与已有的虚拟状态估计控制方法相比,该方法在受到干扰后回归队形的时间更短,队形破坏程度更小。同时该方法还可以进一步使偏航角同步响应。