海上无人机协同编队飞行控制技术研究

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1、中图分类号：TP273论文编号：102870315-S169学科分类号：081105硕士学位论文海上无人机协同编队飞行控制技术研究研究生姓名赵祯俊学科、专业导航、制导与控制研究方向先进飞行控制技术指导教师王道波教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonCooperativeFormationFlightC

2、ontrolofMarineUAVAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyZhaoZhenjunAdvisedbyProf.WangDaoboSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015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

3、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：南京航空航天大学硕士学位论文摘要多无人机协同编队飞行（CooperativeFormationFlight，简称“CFF”）在军事和民用领域具有广阔的发展和应用前景，它已经成为近年来无人机技术研究中的核心方向，使得世界各国特别是世界上的先进大国越来越重视和

4、关注其的发展。本文以无人机为研究背景，着重研究了海上无人机协同编队飞行控制问题。首先，在单机模型的基础上，通过惯性坐标轴系和编队坐标轴系之间的转换关系，建立了同一海平面内的多无人机基本编队飞行相对运动模型。通过分析和研究海上威胁因素以及多无人机编队飞行中的气动耦合效应对编队飞行控制的影响，建立了海上无人机紧密编队飞行的完整运动学模型。其次，针对建立的海上无人机紧密编队飞行模型，设计了基于经典控制理论的编队飞行常规控制器。针对海上编队飞行特点，提出了一种化学反应优化算法，并将其引入编队飞行控系统，设计了基于化学反应优

5、化算法的编队飞行控制器。仿真结果验证了两种控制器的有效性，并表明基于化学反应优化算法的控制器在编队飞行队形保持和队形变换的性能上更加优越。最后，介绍了实验室研制的小型无人机系统，并详细阐述了其海上编队飞行子系统的设计和物理实现，包括海上编队飞行软件设计，环境和任务数据加载和验证等，进一步验证所设计的编队飞行控制系统的可行性。关键词：无人机，协同编队，飞行控制，化学反应算法，队形保持，队形变换i海上无人机协同编队飞行控制技术研究AbstractMulti-UAVcooperativeformationflightha

6、sbroaddevelopmentandapplicationprospectinmilitaryandcivilfields,soithasbecomethecoredirectionofUAVtechnologyresearchinrecentyears,andcountriesallovertheworld,especiallytheadvancedcountries,arepayingmoreandmoreattentiontoitsdevelopment.Inthisthesis,ittakesUAVas

7、theresearchbackground,focusesontheresearchofmarineUAVcooperativeformationflightcontrol.Firstofall,basedonthesingleUAVmodel,thebasicrelativemotionmodelofmulti-UAVformationflightaccordingtothetransformrelationshipbetweentheinertialframeandtheformationcoordinatea

8、xisissetupinthesameseaplane.Byanalyzingandstudyingthemaritimethreatsandtheaerodynamiccouplingwhicheffectonmulti-UAVformationflightcontrol,thecompletekinematicsmodelofmarineUAVclose