【封面文章】海军航空大学 何云风等:基于同步DMPC的无人机编队跟踪与避障控制

文摘   2024-12-04 11:05   辽宁  




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本文引用信息

何云风, 史贤俊, 卢建华, 等. 基于同步DMPC的无人机编队跟踪与避障控制[J]. 控制与决策, 2024, 39(11): 3557-3566.


2024年第11期封面文章推荐

基于同步DMPC的无人机编队跟踪与避障控制

何云风,史贤俊,卢建华,赵超轮,赵国荣


本文创新点:

重点研究复合需求下的多无人机编队控制问题,在对上述内容概述的基础上分析和思考现有研究存在的问题,并着重解决了编队跟踪和避障控制问题。

01

选题依据

经过近30多年的研究和快速发展,无人机已广泛应用于军事和民用领域。随着任务的多样化、环境的复杂化,与单个无人机相比,无人机集群编队在侦察、搜索、对敌打击、故障容错等方面拥有更佳的表现。在多无人机编队的实际应用中,通常希望编队能够同时实现多种功能,如轨迹跟踪、队形保持、机间避碰、障碍物规避等。同步分布式模型预测控制(distributed model predictive control, DMPC)以其独特的优势常被用于研究复合需求下的编队控制问题。

目前基于同步DMPC理论的多无人机编队控制研究所考虑的障碍物多为静态障碍物,对于动态障碍物的规避值得进一步研究;将同步DMPC与速度障碍法结合以规避动态障碍物时,为保证编队稳定性,所设计参考轨迹皆被限定为固定位置或速度,参考轨迹也值得被拓展到更为广泛的场景。

02

研究方案或路线

03

研究内容与数据


3.1 主要研究内容

(1)DMPC理论的框架下,将轨迹跟踪与队形保持设计为代价函数;

(2)结合速度障碍法,将机间避碰、障碍物规避处理为约束;

(3)基于Lyapunov理论,设计适配的稳定性约束与终端成分;

(4)根据所设计的目标函数与约束,形成具体最优控制算法,求解各无人机的控制量,从而完成整个编队控制器的设计;

(5)证明所设计编队控制器的稳定性。


3.2 核心仿真图例

    图1 编队跟踪的轨迹俯视图   

图2 编队避障的轨迹俯视图

04

主要结论

本文的设计算法将轨迹跟踪、队形保持、机间避碰、避障功能集于一体既能跟踪固定轨迹也能跟踪机动轨迹;还可以同时规避静态和动态障碍物;整个编队的稳定性在理论可以保证且在仿真中得到验证。本文研究成果可为多无人机编队在复合需求下(或复杂环境中)的应用提供参考。



作者介绍


何云风博士生,主要研究方向为无人机编队控制。

史贤俊教授,博士生导师,主要研究方向为编队控制、自动测试与故障诊断等。

卢建华教授,硕士生导师,主要研究方向为飞行器控制。

赵超轮博士生,主要研究方向为飞行器控制技术、反无人机技术等。

赵国荣教授,博士生导师,主要研究方向为飞行器控制、导航技术等。


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