无人机容错编队控制方法研究及其数字仿真平台研制

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1、中图分类号：TP273论文编号：102870314-S223学科分类号：081101硕士学位论文无人机容错编队控制方法研究及其数字仿真平台研制研究生姓名徐清学科、专业控制理论于控制工程研究方向故障诊断与容错控制指导教师杨浩副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一四年三月万方数据万方数据NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringFormationFaultTolerantControlsandSimulationPlatformof

2、UAVAThesisinNavigationGuidanceandControlbyXuQingAdvisedbyProf.YangHaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2014万方数据万方数据承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京

3、航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文主要研究的是无人机（UnmannedAircrafts）编队飞行控制（FormationflightControl），利用反馈控制技术与混合系统技术，对无人机的永久性故障以及间歇性故障进行容错控制研究，使得故障后的系统能够跟踪给定的指令，并在Matlab中进行仿真验证，最后利用GUI界面平台更为直观、简洁地观察控制效果。首先，介绍本课题的研究背景、目的及

4、意义，系统地阐述了故障与容错控制(FaultTolerntControl,FTC)的概念，总结了无人机编队飞行的研究现状，最后给出本文的主要研究内容。其次，描述了无人机的编队模型，该描述无人机之间的位置关系，通过无人机之间的位置关系来观察编队的队形变化；并且对无人机自身的非线性模型进行了描述，通过线性化得到线性无人机模型，为后面的容错控制算法提供数学仿真模型，并实现了编队模型与无人机模型的结合。再次，基于无人机线性化模型，结合线性状态反馈控制设计容错控制律，对永久性故障进行容错控制，保证闭环系统的稳定性且能够快速跟踪给定指令；针对间歇性故障，使用混合系统的方法对无人机飞控系统

5、进行故障建模，将间歇性故障系统的稳定性的研究转化为混合系统的容错控制，结果表明，尽管发生了间歇性故障，在不需要使用容错控制器的情况下，而系统仍然能够保持稳定。仿真结果表明算法的有效性。最后，在前面理论研究的基础之上，构建界面友好的仿真平台，利用Matlab的GUI设计功能及其数据处理功能、绘图功能等的有机结合，可以使编队飞行的动态仿真及其性能分析快速、灵活、直观、高效。一旦界面设计的方法得到很好的掌握，与Matlab内置的各种库函数和Simulink中的各种工具相结合就可以迅速开发出满足需要的界面友好的仿真平台。关键词：无人机，编队飞行，永久性故障，随机混合系统，间歇性故障，

6、容错控制，GUI仿真界面I万方数据无人机容错编队控制方法研究及其数字仿真平台研制ABSTRACTThispaperstudiesfaulttolerantformationflightcontrolofUnmannedAircrafts.Basedonthefeedbackcontroltechnologyandhybridsystemtechnique,faulttolerantcontrolalgorithmsareproposedtostudyfaulttolerantcontrolofbothpermanentfaultandintermittentfault.Mor

7、eover,thecontrolschemecanguaranteethestabilityofclosed-loopsystemandiscapableoftrackingthegivencommandinthecaseofbothpermanentandintermittentfaults.FinallysimulationresultsandtheGUIplatformcanverifytheeffectivenessoftheproposedfault-tolerantcontrolscheme