基于神经网络自适应PID的无人机编队避障飞行控制研究

针对无人机编队避障飞行控制难题,研究了无人机编队避障航迹规划与智能控制技术.首先,提出一种基于改进人工势场法的无人机编队航迹规划算法,利用改进势场函数和引入"随机波动"法等手段,解决了传统人工势场法用于无人机编队航迹规划时遇到的无法到达目标点以及局部最小值问题,并提升了传统算法航迹规划的快速性和鲁棒性.其次,设计了一种...     

欠驱动高超滑翔飞行器集群协同编队控制方法

针对高超声速滑翔飞行器滑翔段轴向过载不可控导致编队位置控制困难的问题,提出一种基于一致性编队控制和预测校正理论的协同编队控制方法。在协同制导架构基础上,基于多智能体一致性理论设计分布式集群编队控制策略,由编队中各飞行器的绝对位置和相对位置生成协调变量,采用动态逆方法生成基本编队控制指令;通过设计侧向机动控制指令,对编队队形进行调整,并采用双阶段预测校正控制算法实现编队集群的侧向机动控制。仿真结果表明：该方法能够实现欠驱动高超声速飞行器集群的编队队形生成和保持、良好的编队队形调节能力及对初始位置误差的鲁棒性。     

面向协同区域反恐侦察的无人机集群规划与控制

以无人机集群协同侦察多个区域内潜在的恐怖分子为背景,提出了一种基于贪婪算法的求解思路,设计了任务分配-路径规划-跟踪控制的算法流程,解决了面向协同区域反恐侦察的无人机集群规划与控制问题。首先,设计任务分配算法,为无人机分配任务区域,解决多无人机多目标的任务分配问题;然后,每一架无人机进行路径规划,生成从当前点到任务区域以及在任务区域侦察的组合路径;再使用追踪虚拟目标点的方法,使无人机沿着规划航线飞行。任务分配-路径规划-跟踪控制在线滚动执行,使无人机集群协同执行反恐侦察任务。对上述算法进行了数值仿真,并基于开源仿真平台搭建复合翼无人机协同仿真环境,进一步验证了算法流程。     

多无人机协同试飞试验模式

联合作战概念的出现和无人机多任务使命的实际运用,使得无人机联合作战成为世界各国研究发展的重点。基于协同作战和联合作战的内在联系及国内多无人机协同作战有关理论上的研究情况,分析了无人机协同试飞试验的条件和主要特点,总结归纳了无人机协同试飞试验的主要内容,提出了无人机编队的设计依据和关键问题,介绍了集中式、集散式、分布式控制的基本概念,论述了3种控制模式下的无人机协同试飞试验的实现方法和各控制模式之间的关系。     

三架固定翼无人机协同编队飞行避障策略

针对无人机编队执行空战任务过程中存在无人机之间以及无人机与障碍物发生碰撞的问题,提出单向网络连接结构的多无人机避障算法和基于人工势场的控制方法,同时应用于无人机编队避障控制。以三架无人机构成的正三角形编队作为控制体,同时以长机的运动轨迹作为期望路径,长机提供僚机飞行信息,僚机接受信息保持编队飞行。多无人机编队发现障碍物到避障完成的过程包括编队集结、松散队形、最终恢复集结正三角形编队。仿真实验结果表明,所提避障控制策略能够确保编队收敛于期望的队形和稳定飞行状态。     

基于飞蛾信息素寻偶机制的无人机集群协同搜索

为了提高无人机集群协同搜索移动目标的效率,提出一种基于飞蛾信息素寻偶机制的无人机集群协同搜索方法。根据飞蛾基于信息素选择飞行方向的寻偶行为,建立信息素图风向模型和飞蛾信息素寻偶模型。考虑无人机机间避撞约束,提出从飞蛾信息素寻偶机制到无人机集群分布式协同搜索的映射,并给出具体实现流程。仿真实验结果表明了所提方法在解决单个移动目标的协同搜索问题时的有效性和稳定性;外场飞行试验表明了所提方法在实际应用中的可行性。     

无人机系统自主控制技术研究现状与发展趋势

无人机系统是未来进行信息对抗、夺取信息优势、实施火力打击的重要手段。"自主性"是无人机系统区别于有人机最重要的技术特征,实现无人机系统的自主控制,提高其智能程度,是无人机系统的重要发展趋势。对无人机系统自主控制问题进行了阐述,首先分析了无人机系统自主控制技术的发展需求,然后介绍了自主控制的概念和自主等级的划分;分析了无人机系统自主控制技术的研究现状,提出了无人机系统自主控制的关键技术问题,主要包括体系结构、感知与认知、规划与控制、协同与交互等;最后对无人机系统自主控制技术的发展趋势进行了展望。     

基于雁阵变换的微型扑翼飞行机器人集群行为控制方法

为了解决微型扑翼飞行机器人集群编队目标搜索覆盖效率、避障通过性和多机控制等难题,实现扑翼飞行机器人集群编队的智能控制,提出了基于雁阵变换的扑翼飞行机器人集群行为控制方法。利用仿生集群行为控制函数的参数化特性,实现了飞行机器人编队的队形变换和角度控制;搭建了多扑翼飞行机器人实验系统,并在多种情况下设计基于仿生行为的多扑翼飞行机器人集群控制方法实验。最终的实验结果验证了方法的可行性和有效性。与传统的多飞行机器人实时控制方法相比,所提方法大幅提升了集群编队的搜索覆盖效率和避障通过率,在某些作业环境条件下,搜索覆盖率可提升50%以上,障碍通过率可提升60%以上。同时,创新点体现在将雁阵变换应用于多扑翼飞行机器人集群编队控制和将仿生集群行为控制应用于扑翼飞行机器人集群控制两个方面。     

无人机集群作战概念及关键技术分析

无人机集群作战正在从概念走向雏形.文章总结了国外无人机集群作战概念的发展,分析了无人机集群作战的主要关键技术,包括大规模无人机管理与控制、多无人机自主编队飞行、集群感知与态势共享、集群突防与攻击、集群作战任务控制站等技术,并展望了未来无人机集群协同搜索、协同干扰、协同攻击、协同察/打、集群对抗等作战应用.     

编队式自主水下航行器无碰协调控制技术研究

针对自主水下航行器(AUV)编队式航行中存在智能体间相互碰撞的危险,提出一种自主水下航行器的无碰协调控制技术,包含了编队协调控制和无碰策略等多种基本行为的融合.在编队控制中运用基于级联方法的路径跟踪控制技术和参数一致性的协同控制方法,保证了跟踪误差的渐近稳定,采用HRVO算法的无碰避障策略,使得AUV可以同时避开一般障碍物和其他AUV的碰撞危险.仿真结果表明,该AUV编队式无碰协调控制技术可使各AUV在避开碰撞危险的情况下,快速收敛到各自的参考路径,并保持编队的协调一致性.     

固定翼无人机群的集群和避障控制

针对传统的集群控制算法需要获取通信范围内相邻质点的位置和速度信息才能够计算控制量的问题,提出一种新的无须获得相邻无人机速度的六自由度固定翼无人机群的集群和避障控制方法。将通信范围内的无人机均视为障碍物,采用统一的计算方法获得控制量,并且证明了算法的稳定性。通过建立六自由度无人机线性化控制模型,将改进的质点集群算法应用于无人机群控制系统中,将无人机控制设计成六自由度无人机的跟踪回路和质点无人机的导引回路,并证明通过选取合适的跟踪回路控制参数,确保整个无人机集群控制是稳定的。通过六自由度无人机编队仿真验证了所提算法的有效性。     

面向典型任务的有人/无人机协同效能评估

有人/无人机协同作战是C4ISR体系下的一种重要形式.本文以有人/无人机协同执行典型任务为研究背景,针对构建可靠、全面的有人/无人机协同效能理论评估方法的问题展开深入研究.首先分析了未来有人/无人机的协同模式和运用规则;然后采用协同系统综合指数模型,在单机能力模型的基础上,提出了一种有人/无人机编队协同效能评估方法;最...     

有/无人协同探测编队指挥控制系统结构设计

针对有人机动雷达/无人机集群（manned mobile radar/unmanned aerial vehicle cluster,MMR/UAVC）编队指挥控制系统结构设计问题进行了研究。以未来无人机蜂群探测任务为背景,提出MMR/UAVC协同探测作战模式,结合编队组织结构和作战流程,对指挥控制系统总体设计提出具体要求。在此基础上,设计了包括决策规划层、协同控制层和效能评估层的递阶式指挥控制系统结构,概括了各层次主要功能与逻辑关系。对指挥控制系统的关键模块和支撑技术进行了分析。     

基于人工势场法的多机编队重构防撞控制

针对多机编队在队形变换过程中存在的机间碰撞问题展开研究。首先基于人工势场法提出一种有界斥力函数的设计方法;同时为避免同平面内队形变换导致的航迹交叉现象出现,设计了队形变换协调策略,有效解决了人工势场法容易陷入局部极值点的问题。其次,通过引入时变权重系数协调防撞控制量和一致性控制量,设计了机间防撞控制协议,在提升队形变换速度的同时确保无人机之间的距离始终大于安全距离。最后,通过数值仿真实例验证了所提编队防撞控制方法和队形变换协调策略的有效性,不仅显著提升了协同编队的安全性,还能够支撑未来大规模多无人机系统协同编队。     

多无人机编队协同控制软件平台设计与仿真

在战场环境瞬息万变、作战任务日益复杂的现代战争中,多架无人机编队协同完成复杂的作战任务已成为一种趋势。多无人机编队控制及重构是多无人机系统的核心内容和关键技术。基于微粒群算法、蚁群算法研究了多无人机编队控制及重构、航线规划及重规划问题,特别是在解决编队重构问题时,提出一种多样性微粒群算法。设计了多无人机编队飞行协同控制平台,仿真结果表明,标准微粒群算法、蚁群算法等智能算法可以较好解决编队控制、编队重构和航线规划问题,多样性微粒群算法具有更强的全局寻优能力。     

有人/无人战斗机协同空战模式及能力需求分析

针对未来空战的特点对有人/无人战斗机协同空战的作战模式及能力需求进行了研究.从信息链到武器链时空过渡的角度分析了有人/无人机协同空战的作战优势;提出了两种典型的有人/无人机协同空战方式,并给出了作战过程描述及功能结构分析;基于“观测-评估-决策-执行”指挥控制环分析了有人/无人机协同空战的指挥控制流程;基于协同空战的任务需求提出各参与平台的能力需求.此研究对有人/无人机协同空战的发展具有一定的指导意义.     

三机协同无源时差定位最优编队构型分析

针对未来空战中航空集群协同无源时差定位编队构型确定问题,提出了一种确定三机协同无源时差定位最优编队构型的方法。分析了确定集群编队构型的基本原理;归纳了4个三机编队构型决定因素:主辅机相对位置、基线夹角、基线距离以及主辅机高度差;将定位区域范围和定位距离作为衡量集群无源定位编队构型优劣的指标,并进行了仿真计算。仿真结果表明:在火控引导阶段,当采用主机在后、辅机在前,基线夹角为150°,基线距离为60 km~80 km,主机与目标同高度且主辅机之间高度差为±(1-2)km的编队构型时,三机协同无源时差定位编队构型为最优。     

基于模型预测控制的无人机避障路径规划方法

针对无人机飞行过程中避障问题,提出了一种基于模型预测控制的无人机避障路径规划方法。通过对无人机平台模型进行分析,构造了无人机状态空间预测模型。为保证路径规划过程输出的平稳性,采用一阶指数变化形式作为无人机飞行路径的参考轨迹。设计了预测模型调整策略,并给出了参数调整流程,以能力-时间组合最优为目标,建立了无人机避障路径优化模型,采用有限时域优化的滚动优化算法对无人机避障优化模型进行了求解。算例仿真结果表明,该算法可有效解决无人机飞行路径的避障问题。     

无人机编队内快速协同目标分配的时序约束

协同分配的高效性和目标攻击的时序性是解决无人机编队内协同目标分配的关键技术之一.提出了基于时序约束的无人机编队内快速协同目标分配方法,在采用满意决策理论的快速目标分配框架下,引入了判断时序关系是否满足的约束条件和评价时序关系满足程度优劣的编队效能指标,不仅实现了编队目标的攻击时序要求,而且体现了攻击时序关系与编队效能的...     

基于方向信息的无人机群编队控制算法北大核心

针对无人机群的速度跟踪编队控制设计了基于方向信息的控制策略,其中无人机的控制器设计只依赖于临近无人机的相对方向,从而可以应用于无人机群通信受阻的情况。通过设计基于方向信息的比例积分控制器完成了无人机群编队系统的速度跟踪问题,控制器的稳定性分析采用了基本Lyapunov函数的方法,与基于优化策略和持续激励方法相比更利于控制策略扩展应用到更加复杂的情形中。最后,分别通过定点和速度跟踪编队控制仿真实验,验证了控制方法的有效性。