基于一致性理论无人机编队控制器设计

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1、国内图书分类号：V249.121学校代码：10213国际图书分类号：629.7密级：公开工学硕士学位论文基于一致性理论的无人机编队控制器设计硕士研究生：郭伟强导师：张泽旭教授申请学位：工学硕士学科：飞行器设计所在单位：飞行器动力学与控制研究所答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V249.121U.D.C.:629.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHECONTROLLERDESIGNOFTHEUAVF

2、ORMATIONBASEDONCONSENSUSPROTOCOLSCandidate：GuoWeiqiangSupervisor：Prof.ZhangZexuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：SpacecraftDesignSpacecraftDynamicsandControlAffiliation：InstituteDateofDefence：July,2013Degree-Conferring-Institution：Har

3、binInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在最近的几场战争中无人机都得到了广泛的应用，它的使用拓展了传统意义上的战争模式概念，不仅仅降低了战争成本，更保障了人员的安全。无人机编队技术正是在此优势的基础上而提出，这一技术将使无人机更好的完成侦察、打击任务，在未来战争中具有不可忽视的作用，本文基于一致性理论，对无人机编队控制器技术进行了研究。论文的主要研究工作如下：首先，给出一种基于比例-积分控制律的无人机编队控制方法，实现了无人机的队形保持以及队形变换要求。在这种方

4、法中，通过对无人机单机运动模型的分析，给出了三维空间内无人机编队的相对运动方程，采用由一阶速度、航向、高度保持器构造的自动驾驶仪，设计了比例-积分控制器，通过该控制器的作用，可以使编队达到预期队形，并且在飞行过程中，通过外部输入指令的作用，可以迅速的完成队形的变换，保证顺利的完成编队飞行任务。其次，应用图论中邻接矩阵及拉普拉斯矩阵的定义及其相关性质，描述了无人机编队之间的通信拓扑关系；基于一致性理论，给出了具有时变通信时滞的编队一致性控制算法，利用Lyapunov-Krasosvskii泛函分析了该算法

5、的稳定性，通过对仿真实验的分析，证明了使用该算法可以使编队达到预期要求，并且误差能够快速收敛，从而验证了该方法的有效性。最后，针对同时具有通信时滞和输入时滞的编队系统进行控制器设计，基于一致性理论给出控制算法，并利用矩阵分析理论和频域理论中的广义奈奎斯特稳定判据进行了该算法稳定性的分析，通过对仿真实验结果的讨论，证明了该控制策略可以使系统完成编队任务要求，并且给出了位置、速度偏差与时滞的影响关系函数，从而验证了方法的有效性。关键词：无人机编队；时变时滞；输入时滞；一致性理论-I-哈尔滨工业大学工学硕士学

6、位论文AbstractInthelastfewwars,UAVshavebeenwidelyused,whichexpandthemodeofwarinthetraditionalsense,notonlyreducesthecostofwar,butalsoprotectsthesafetyofthepersonnel.UAVformationtechnologyisproposedbasedonthisadvantage,andthistechnologywillenabletheUAVtocomp

7、letethereconnaissanceandstrikemissionsbetter,whichhasanessentialroleinfuturewars.ThisarticlewilldiscussthetechnologyofUAVsformationcontrolwhichisbasedontheconsensustheory.Themainresearchworkareasfollows：Firstly,UAVformationcontrolmethodbasedonproportiona

8、l-integralcontrollawisgiventoachievetheUAVformationkeepingandtransformation.Inthisapproach,byanalyzingtheUAVsinglemotionmodel,theUAVformationrelativemovementequationsinthree-dimensionalspaceisgiven,andaproportional-integra