無人機(jī)編隊(duì)飛行控制虛擬原形技術(shù)研究.pdf

1、自1991年海灣戰(zhàn)爭以來,無人機(jī)(UAV)有了飛速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用,多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)飛行(CFF)逐漸成為研究熱點(diǎn)。CFF可以彌補(bǔ)單架無人機(jī)勢單力薄的弱點(diǎn),提高作戰(zhàn)精度,且單機(jī)故障不影響作戰(zhàn),已成為未來UAV研究發(fā)展的方向。但該項(xiàng)目涉及多學(xué)科和多技術(shù)領(lǐng)域,研究難度極高。因此系統(tǒng)深入地研究CFF控制技術(shù),有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 虛擬原型(VP)技術(shù)是指構(gòu)造數(shù)字化的原型(軟件模型)來完成物理原型的功能。本文總結(jié)已有的方法,

2、研究了無人機(jī)編隊(duì)飛行控制的虛擬原型技術(shù)。
　　 首先,模仿候鳥等鳥群的編隊(duì)飛行特點(diǎn)確定了CFF的“V”形幾何結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了CFF的多智能體(MAS)控制架構(gòu),每一架UAV都是一個(gè)獨(dú)立的智能體(Agent),多無人機(jī)編隊(duì)作為一個(gè)整體,組成MAS體系。研究了MAS的體系結(jié)構(gòu)、協(xié)調(diào)與協(xié)作機(jī)制及通信方式,使無人機(jī)具有Agent的感知能力、自主決策能力和通信協(xié)作能力。采用黑板系統(tǒng)完成無人機(jī)Agent之間的信息交互,實(shí)現(xiàn)編隊(duì)協(xié)同。
　　

3、 其次,研究了CFF的VP技術(shù)。使用Statemate軟件構(gòu)建了無人機(jī)編隊(duì)的虛擬原型,將CFF的MAS結(jié)構(gòu)用VP自頂而下層層定義出來,設(shè)計(jì)了“CFF-VP”,以數(shù)字原型代替物理原型,降低研發(fā)成本。
　　 然后,引入本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已建立的CFF飛行數(shù)學(xué)模型,包括動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,采用“長機(jī)-僚機(jī)”控制策略,設(shè)計(jì)了基于大腦情感學(xué)習(xí)模型(BEL)結(jié)合PID控制的隊(duì)形保持控制器。通過仿真,該控制器能夠滿足隊(duì)形保持的要求,控制