多飛行器編隊三維避障算法研究.pdf

1、 學校代碼：10406 分類號：TP242.6 學號：120081101014 南昌航空 南昌航空大學 大學 碩 士 學 位 論 文 （學位研究生） 多飛行器編隊三維避障算法研究 多飛行器編隊三維避障算法研究 碩 士 研 究 生：殷林飛 導 師：代冀陽 教授 申請 學位 級別：碩 士 學 科、專 業(yè)：控制理論與控制工程 所 在 單 位：信

2、息工程學院 答 辯 日 期：2015 年 6 月 授予 學位 單位：南昌航空大學 I 摘 要 隨著現(xiàn)代軍事戰(zhàn)爭的發(fā)展，對多飛行器協(xié)同作戰(zhàn)的要求戰(zhàn)越來越高。在包含編隊隊形控制和避障控制的多飛行器編隊協(xié)同控制方法中， 人工勢能場法是一種常用方法，具有高實時性和對突發(fā)威脅的突防能力強等特點，當也存在局部困擾現(xiàn)象導致飛行器無法避開障礙物且無編隊隊形保持能力、 存在零勢能點導致飛行器停止移動等不足。本文針對多飛行器編隊避障問題，對現(xiàn)有人工

3、勢能場法進行改進，提出了矢量人工勢能場法，建立了相關模型并進行仿真，主要研究工作包括以下幾方面內容： 1. 在對多飛行器編隊避障問題的國內外研究現(xiàn)狀進行綜述的基礎上，將飛行器歸為一類智能體，分析了解決多智能體編隊避障問題的人工勢能場法，對現(xiàn)有人工勢能場法進行改進，提出了矢量人工勢能場法，該算法同時考慮了多智能體編隊避障和編隊隊形控制問題，通過在合力中加入回環(huán)力與多飛行器之間作用力，由合力實時地確定加速度以不斷更新飛行器的速度以及采用矢量

4、表示合力、加速度和速度；且該方法考慮了編隊隊形控制問題。 2. 在多智能體編隊避障問題的研究中，建立了新的障礙物模型、智能體模型、目標模型、編隊模型和合力模型，改進了多智能體的避障方式。所建模型均含有二維和三維模型；智能體的避障方式從二維拓展到三維。采用復雜形狀障礙物設計了布滿復雜障礙物的運行環(huán)境，并歸納了矢量人工勢能場法的算法步驟。 3. 采用飛行器作為實例進行數(shù)值仿真，分別在布滿簡單和復雜障礙物的環(huán)境中進行單個飛行器和多飛行器編隊的

5、避障數(shù)值仿真，且分別在二維和三維空間中進行數(shù)值仿真。從飛行器二維和三維避障的數(shù)值仿真結果看，所有飛行器都通過障礙物區(qū)域，且最終維持了編隊隊形，此數(shù)值仿真結果驗證了矢量人工勢能場法應用在解決多飛行器編隊避障問題中的可行性和有效性。 4. 為增強三維避障算法的可視化效果，搭建了基于 Microsoft Visual Studio 2010、MATLAB 2010 和 XNA 4.0 的三維視景仿真平臺，并展示了飛行器在該平臺上的三維避障效果