四軸飛行器多機(jī)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(lái)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(gè)領(lǐng)域皆有不俗的表現(xiàn)。究其原因，是控制理論、計(jì)算機(jī)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(gè)高校、研究機(jī)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(guó)內(nèi)的四軸飛行器相關(guān)研究還處于起步階段，在各項(xiàng)功能實(shí)驗(yàn)中還無(wú)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(jī)協(xié)同、編隊(duì)飛行、復(fù)雜環(huán)境探測(cè)等多個(gè)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(kāi)，描述了四軸飛行器的相關(guān)原理、特點(diǎn)，選取了與四軸飛行器相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)四軸飛行器的飛行運(yùn)動(dòng)控制方法進(jìn)行設(shè)計(jì)；同時(shí)，在多架四軸飛行器協(xié)作系統(tǒng)的編隊(duì)飛行功能上進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為多機(jī)協(xié)同、編隊(duì)飛行等四軸飛行器相關(guān)技術(shù)研究提供了理論和實(shí)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(jí) PID控制

3、器，實(shí)時(shí)對(duì)三個(gè)角度進(jìn)行更新、控制；同時(shí)，利用數(shù)據(jù)融合方法結(jié)合相關(guān)高度傳感器，對(duì)四軸飛行器在高度上的控制進(jìn)行設(shè)計(jì)；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(jī)協(xié)同的體系架構(gòu)以及編隊(duì)控制的方法設(shè)計(jì)。上述兩部分的實(shí)現(xiàn)都是在運(yùn)算速度較高、內(nèi)存較大的PC端進(jìn)行。多機(jī)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(guò)PC端對(duì)機(jī)群內(nèi)部的每架個(gè)體進(jìn)行實(shí)時(shí)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(duì)飛行算法的控制下，實(shí)時(shí)為機(jī)群個(gè)體分配相關(guān)任務(wù)。而編隊(duì)控制主要是基于長(zhǎng)機(jī)-僚機(jī)策略，在任務(wù)期望的隊(duì)形下，以長(zhǎng)機(jī)為領(lǐng)導(dǎo)，為每架僚機(jī)分配虛擬位置跟隨點(diǎn)，利用改進(jìn)后的虛擬人工勢(shì)場(chǎng)算法，對(duì)機(jī)群個(gè)體進(jìn)行航跡規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)四軸飛行器的機(jī)體避障、目標(biāo)跟蹤以及編隊(duì)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(duì)多機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了多項(xiàng)測(cè)試，包括平臺(tái)的飛行性能測(cè)試、算法驗(yàn)證、編隊(duì)飛行實(shí)驗(yàn)等，驗(yàn)證了多四軸