基于改进粒子群优化的多无人机协同航迹规划

由于航迹规划可以为多无人机飞行控制提供参考指令,且当前粒子群航迹规划算法存在收敛速度慢,成功率不高的缺点,故提出了一种综合改进粒子群的多无人机协同航迹规划算法,考虑了无人机性能约束、障碍与威胁约束、空间协同与时间协同约束。首先,通过对学习因子线性化调整,实现了粒子惯性和最优行为的平衡;其次,引入混沌初始化,改善了粒子分布质量;然后,基于遗传变异思想设计了取代策略,同时提出了调速机制,提升了算法收敛速度。最后,将综合改进粒子群算法进行仿真验证,规划结果成功率高、收敛速度快且航迹代价小,可见改进算法的有效性。     

基于高阶微分滑模面的不确定飞机控制系统自适应滑模控制

飞机控制系统作为典型的多输入多输出(MIMO)非线性系统,具有很强的耦合性和不确定性,导致控制难度大幅度提高。针对这一情况,研究了一类飞机姿态控制系统的跟踪控制问题。首先,将飞机姿态控制系统进行坐标变换,并且考虑输入不确定性的存在情况,提出了一种新的高阶微分滑模面,证明了滑模面的稳定性,然后,基于此高阶微分滑模面和神经网络的逼近能力,设计了光滑的自适应滑模控制器。基于Lyapunov稳定性理论,证明了所设计的控制器既保证了飞机姿态控制系统具有很好的跟踪性能,又避免了传统滑模控制器抖振现象的出现。最后,通过仿真验证了所设计控制器的有效性。与传统的滑模控制器对比,所设计的控制器是光滑的,在实际飞机姿态控制领域中具有很好的应用前景。     

基于粒子群算法的固定时间多约束无人机轨迹规划

针对粒子群算法在轨迹规划时,将无人机视为质点,未考虑无人机的飞行时间、角度等参数的不足,提出一种数值方法结合粒子群算法的轨迹规划求解方法。首先,考虑到对每个时刻控制变量进行优化会耗费大量的时间,将无人机的飞行时间离散为一定数量的切比雪夫配点,在这些离散的配点处优化控制变量以减小计算负担;其次,将角速度作为控制变量,运用曲线拟合求解出角速度与时间的函数,经过积分求出无人机的角度、位置与时间的函数;再次,将结果代入粒子群优化模型并结合无人机运动学模型进行优化求解,根据分配的时间计算出最终的角速度、角度以及位置坐标;最后,在复杂环境下进行无人机轨迹规划仿真,通过与已有方法的对比,验证所提求解方法的有效性和可行性。结果表明,所提出的轨迹求解方法可以求出包括位置在内的各个运动学参数,规划出光滑的轨迹并且成功避开前进过程中的障碍物。所提方法有效提升了轨迹规划的求解维度,对实现智能自主化飞行有一定的参考价值。     

基于扰动观测器的时变负载四旋翼无人机自适应有限时间控制

针对具有未知外部扰动和阻力系数的时变负载四旋翼无人机系统,提出了一种复合有限时间控制策略。首先,通过牛顿-欧拉方法建立了完整的四旋翼无人机数学模型。位置环采用自适应参数校正方法对负载进行估计,并与反步递推控制相结合,在阻力系数未知情况下设计了自适应轨迹跟踪控制器。其次,采用基于扰动观测器的有限时间滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性理论进行无人机系统位置环和姿态环渐近稳定和有限时间稳定性验证。最后,通过数值仿真进行验证。结果表明,所提控制器提高了系统的收敛速度,减少了外界扰动对系统的影响。研究方法克服了已有研究要求阻力系数和负载已知的局限性,提高了系统的抗干扰能力,对于增强四旋翼无人机的实际应用性具有一定的参考价值。     

四旋翼无人机固定时间姿态输出反馈控制

为实现角度不可测的四旋翼无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)姿态跟踪，提出一种新的输出反馈控制方案。首先，将外界干扰与系统模型中的不确定作为综合扰动整体估计，设计了固定时间扩张状态观测器来估计未知角速度和综合扰动，保证估计误差能够在固定时间内收敛到原点，且收敛时间不依赖于系统的初始条件。同时为了提升控制精度和速度，设计基于齐次性理论的固定时间控制器，能够保证系统的跟踪误差在固定时间内收敛至零，且收敛时间与四旋翼无人机的初始状态无关。最后，通过仿真研究，验证本文所提方案的有效性。     

基于改进DPSO非退出故障下多无人机任务规划

针对非退出故障下多无人机协同任务规划问题，提出了一种基于混合策略改进的离散粒子群算法。该方法首先采用Sobol序列进行种群初始化，提高解空间的覆盖率；然后，提出非线性时变策略，加快算法的收敛速度；并引入柯西算子,增强离散粒子群算法的搜索空间；同时，还提出自适应交叉学习策略，丰富种群多样性，进而提升算法的全局寻优能力。综合改进的离散粒子群算法不仅加快了收敛速度，并且解的最优性也得到了提高。此外，运用三次样条插值算法进行无人机航迹规划，最后，将改进算法在三维空间中进行无人机故障前后的对比仿真实验，结果表明所设计的算法具有显著的寻优有效性，为部分无人机发生轻微故障后，多机协同执行任务规划的问题提供了理论依据。     

基于改进高斯伪谱法的多无人机协同轨迹规划

针对当前伪谱法求解无人机轨迹存在的计算量大、运算时间长以及难以保证最优性等问题,提出了将粒子群算法与高斯伪谱法相结合的改进方法。首先,使用粒子群算法进行航迹预规划,保证近似最优解的快速实现;其次,针对高斯伪谱法配点的相对位置选取,对粒子群预规划的航迹点做拟合处理,并以此作为高斯伪谱法的初始参考指令,从而解决伪谱法的初值敏感问题,加快优化算法的收敛速度。最后,综合考虑无人机编队性能指标、飞行环境以及协同飞行约束等进行实验。实验结果验证了初值选取的重要性,同时表明了所设计算法可提升解的最优性与收敛速度。研究结果可为多无人机协同飞行控制快速规划出多维度、高精度的引导指令,对实现智能自主化飞行有一定参考价值。