四軸飛行器多機協(xié)作控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，四軸飛行器越來越多的出現(xiàn)在人們的眼前，在反恐安防、電力巡檢、災(zāi)害搜救以及攝像攝影等多個領(lǐng)域皆有不俗的表現(xiàn)。究其原因，是控制理論、計算機科技、微電子技術(shù)等學(xué)科的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致四軸飛行器的相關(guān)研究被各個高校、研究機構(gòu)、公司等單位廣泛重視，使得四軸飛行器的相關(guān)技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展。但國內(nèi)的四軸飛行器相關(guān)研究還處于起步階段，在各項功能實驗中還無法穩(wěn)定、妥善的完成較為復(fù)雜的飛行任務(wù)，并且在多機協(xié)同、編隊飛行、復(fù)雜環(huán)境探測等多個應(yīng)

2、用方向上都有著急需突破的瓶頸。
　　本文將圍繞多架四軸飛行器的協(xié)作控制系統(tǒng)展開，描述了四軸飛行器的相關(guān)原理、特點，選取了與四軸飛行器相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)進行簡單介紹，并對四軸飛行器的飛行運動控制方法進行設(shè)計；同時，在多架四軸飛行器協(xié)作系統(tǒng)的編隊飛行功能上進行了設(shè)計，為多機協(xié)同、編隊飛行等四軸飛行器相關(guān)技術(shù)研究提供了理論和實踐的指導(dǎo)。
　　四軸飛行器飛行控制的主要核心是姿態(tài)飛行控制器，在俯仰角、滾轉(zhuǎn)角以及航向角上采用串級 PID控制

3、器，實時對三個角度進行更新、控制；同時，利用數(shù)據(jù)融合方法結(jié)合相關(guān)高度傳感器，對四軸飛行器在高度上的控制進行設(shè)計；最后將姿態(tài)控制器與高度控制器結(jié)合，構(gòu)成四軸飛行器的基礎(chǔ)飛行控制能力。
　　多架四軸飛行器的協(xié)作控制主要包含了多機協(xié)同的體系架構(gòu)以及編隊控制的方法設(shè)計。上述兩部分的實現(xiàn)都是在運算速度較高、內(nèi)存較大的PC端進行。多機協(xié)同的體系架構(gòu)主要是基于集中式體系結(jié)構(gòu)，通過PC端對機群內(nèi)部的每架個體進行實時監(jiān)控，獲取當(dāng)前飛行器的相關(guān)飛行數(shù)

4、據(jù)，在編隊飛行算法的控制下，實時為機群個體分配相關(guān)任務(wù)。而編隊控制主要是基于長機-僚機策略，在任務(wù)期望的隊形下，以長機為領(lǐng)導(dǎo)，為每架僚機分配虛擬位置跟隨點，利用改進后的虛擬人工勢場算法，對機群個體進行航跡規(guī)劃，實現(xiàn)四軸飛行器的機體避障、目標(biāo)跟蹤以及編隊飛行等功能。
　　最后，本文根據(jù)多架四軸飛行器協(xié)作控制系統(tǒng)的研究目標(biāo)，結(jié)合從底層到上層的思想，對多機系統(tǒng)進行了多項測試，包括平臺的飛行性能測試、算法驗證、編隊飛行實驗等，驗證了多四軸