基于事件驱动的多四旋翼无人机有限时间编队控制

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四旋翼无人机因其体积小、造价低、机动性强、可垂直升降等优势,被广泛应用于军事、农业等各个领域。多架四旋翼无人机以通讯网络为纽带组成无人机编队,通过航迹规划、任务分解等形式协同作业,可以弥补单个无人机负载低、任务效率低等缺陷。但随着无人机个数增加,传统时间驱动式算法所需的通讯网络带宽呈指数形式增长。巨大的网络负荷可能导致网络拥塞、数据时延、数据丢包等网络诱导问题,使无人机群失去控制,造成严重的损失。基于事件驱动的控制策略能够帮助多四旋翼无人机系统节约计算和通讯资源;而有限时间算法能够使群系统更快速的达成编队控制,减少系统能量损耗。基于上述几个问题,本文将以多四旋翼无人机系统作为被控对象,研究基于事件驱动的有限时间编队控制策略。针对无人机姿态系统模型,设计基于事件驱动的一致性控制器。针对位置系统,设计基于分布式事件驱动的有限时间编队控制器,并配套设计固定时间的姿态控制器用于控制姿态达到设定值。主要研究内容和取得的成果如下:1、研究并实现基于事件驱动的多四旋翼无人机姿态一致性。针对多四旋翼无人机的姿态系统,设计基于事件驱动的姿态一致性控制器;给出姿态系统的事件函数和闭环系统稳定性证明过程;推导证明事件函数的触发时间间隔具有下限,即在单位时间内,事件不会被无限次触发;通过Matlab仿真得到的系统状态轨迹图和事件驱动触发时间间隔散点图,证明事件驱动算法能够节约系统通讯和计算资源。2、将基于事件驱动的一致性姿态控制问题拓展成基于分布式事件驱动的编队控制问题。重点研究分布式事件驱动算法和编队控制算法,实现基于分布式事件驱动的多四旋翼无人机编队控制;根据Lyapunov定理给出闭环系统的稳定性证明过程;给出多四旋翼无人机系统的Matlab仿真轨迹图,证明群系统在分布式事件驱动控制器作用下能够达成编队控制。3、研究基于事件驱动的有限时间编队控制算法。利用内外环控制思想,对四旋翼无人机位置子系统设计基于分布式事件驱动的有限时间编队控制器;针对姿态子系统设计固定时间的姿态控制器,实现基于分布式事件驱动的多四旋翼无人机有限时间编队控制;给出基于分布式事件驱动的有限时间编队控制器和固定时间滑模姿态控制器的稳定性证明过程。通过仿真验证本文控制策略的可行性。
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