集群无人机队形重构及虚拟仿真验证

作     者：卢燕梅 宗群 张秀云 鲁瀚辰 张睿隆 LU Yanmei;ZONG Qun;ZHANG Xiuyun;LU Hanchen;ZHANG Ruilong

作者机构：天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2020年第41卷第4期

页      面：243-254页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金(61873340 61773279 61673294) 

主　　题：集群无人机 队形重构 姿态控制 轨迹跟踪 路径规划 虚拟仿真 

摘      要：队形重构是集群无人机(UAV)控制的重要问题,指无人机按照要求安全、无碰撞地从一个队形变换到另一个队形,其难点在于快速规划最优安全轨迹并控制无人机进行轨迹姿态的高精度跟踪。针对集群无人机队形重构的上述问题,首先,基于CAPT(Concurrent Assignment and Planning of Trajectories)算法,解决了多无人机的目标分配和轨迹生成的实时性问题,实现了集群无人机的最优安全路径规划;其次,提出一种有限时间多变量积分滑模连续控制算法,解决了无人机轨迹姿态的高精度跟踪问题,并通过MATLAB仿真验证了该控制算法的有效性;最后,为了更加真实直观地演示无人机三维仿真效果,建立了基于Gazebo-ROS的无人机仿真平台,实现了12架四旋翼无人机队形重构建模-仿真-可视化的一体化仿真演示,验证了上述路径规划算法和轨迹姿态控制算法的有效性。