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Robust leaderless time-varying formation control for unmanned aerial vehicle swarm system with Lipschitz nonlinear dynamics and directed switching topologies

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Chinese Journal of Aeronautics 2022年第1期35卷 124-136页

作者： Yuhang KANG Yu KUANG Jun CHENG bangchu zhang Yahui QI Shaolei ZHOU Kai MAO Shenzhen Institute of Advanced Technology Chinese Academy of SciencesShenzhen 518055China School of Basic Science Naval Aviation UniversityYantai 264001China School of Aeronautics and Astronautics Sun Yat-Sen UniversityGuangzhou 510275China

This paper tackles the robust leaderless Time-Varying Formation(TVF)control problem for the Unmanned Aerial Vehicle(UAV)swarm system with Lipschitz nonlinear dynamics,external disturbances and directed switching *** comparison with the previous achievements on formation control problems,the UAV swarm system with Lipschitz nonlinear dynamics can accomplish the pre-designed TVF while tracking a pre-given trajectory which is produced by a virtual leader UAV in the presence of external ***,by applying the consensus theory,a TVF controller is developed with the local neighborhood status information,the errors of real time status of all UAVs,the expected formation configuration and the pre-given trajectory under directed switching ***,through a certain matrix variable substitution,the UAV swarm system formation control issue is transformed into a lower dimensional asymptotically stable control ***,by introducing the minimum dwell time,the design steps of formation control algorithm are further *** the meantime,the stability of the UAV swarm system is analyzed through the construction of a piecewise continuous Lyapunov functional and via the Linear Matrix Inequalities(LMIs)***,the comparison results of a numerical simulation are elaborated to verify the validity of the proposed approach.

关键词： Directed switching topologies Lipschitz nonlinear dynamics Lyapunov functional Swarm system Time-Varying Formation(TVF) Unmanned Aerial Vehicle(UAV)

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简易制导航弹非线性控制

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弹道学报 2005年第1期17卷 13-17,32页

作者：张邦楚韩子鹏李臣民南京理工大学动力工程学院南京210094

针对简易制导航弹非线性模型,运用微分几何理论和现代控制思想,提出了一种分层控制方法,即将该模型分为质心层、速度层、姿态层和角速度层,使其具有仿射型特点,然后根据各层间的关系进行控制器设计.仿真结果表明,这种分层控制器较传统... 详细信息

针对简易制导航弹非线性模型,运用微分几何理论和现代控制思想,提出了一种分层控制方法,即将该模型分为质心层、速度层、姿态层和角速度层,使其具有仿射型特点,然后根据各层间的关系进行控制器设计.仿真结果表明,这种分层控制器较传统控制器具有更好控制品质,且实现简单,同时满足简易制导航弹低成本要求.

关键词：简易制导航弹几何理论非线性分导控制

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美国无人机集群作战的研究现状与发展趋势

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航空兵器 2020年第6期27卷 7-12页

作者：张邦楚廖剑匡宇张敏周绍磊康宇航中山大学广州510275 赣南师范大学江西赣州341000 重庆第二师范学院重庆400065 海军航空大学山东烟台264001 中国科学院深圳先进技术研究院广东深圳518055

作为未来无人化、网络化、信息化、智能化战场环境下的新型作战武器装备,无人机集群作战受到了越来越多国家的青睐。本文首先介绍了美国无人机集群技术的概念与发展历程,然后阐述了美国无人机集群作战的研究现状,依据未来战场态势与技... 详细信息

作为未来无人化、网络化、信息化、智能化战场环境下的新型作战武器装备,无人机集群作战受到了越来越多国家的青睐。本文首先介绍了美国无人机集群技术的概念与发展历程,然后阐述了美国无人机集群作战的研究现状,依据未来战场态势与技术革新,着重剖析了无人机集群的关键技术,最后思考了无人机集群技术的发展趋势。

关键词：无人机集群集群反制通信受阻安全避碰智能评估

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未来导弹在联合赛博空间行动中的能力探究

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航空兵器 2019年第1期26卷 53-57页

作者：杨会林张邦楚欧军航空工业洪都南昌330024

简要介绍了赛博空间及赛博空间作战的概念内涵、发展情况及赛博空间对抗技术和作战装备。针对未来联合赛博空间行动的目标,描述了导弹在联合作战行动中的作用,对导弹需具备的能力进行了分析。最后,为应对赛博空间作战需要提出了导弹技... 详细信息

简要介绍了赛博空间及赛博空间作战的概念内涵、发展情况及赛博空间对抗技术和作战装备。针对未来联合赛博空间行动的目标,描述了导弹在联合作战行动中的作用,对导弹需具备的能力进行了分析。最后,为应对赛博空间作战需要提出了导弹技术发展的建议。

关键词：赛博空间赛博空间行动毁伤能力防御能力智能化导弹

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无人集群系统时变编队H_(∞)控制

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北京航空航天大学学报 2021年第2期47卷 271-280页

作者：康宇航戴洪德祁亚辉张邦楚刘玄冰程俊中国科学院深圳先进技术研究院深圳518055 海军航空大学航空基础学院烟台264001 中山大学航空航天学院广州510275

针对有向通信拓扑网络下具有通信时滞与外部干扰的无人集群系统(AUSS)时变编队H_(∞)控制问题进行了研究。首先,基于AUSS期望编队构型信息、无人机(UAV)实时状态信息以及通信UAV之间带通信时滞的状态误差信息提出了AUSS的编队控制方法,... 详细信息

针对有向通信拓扑网络下具有通信时滞与外部干扰的无人集群系统(AUSS)时变编队H_(∞)控制问题进行了研究。首先,基于AUSS期望编队构型信息、无人机(UAV)实时状态信息以及通信UAV之间带通信时滞的状态误差信息提出了AUSS的编队控制方法,通过变量替换将AUSS的编队控制问题转换成低维闭环系统的渐近稳定问题,并以线性矩阵不等式(LMI)形式给出了系统稳定的充分条件与最大允许通信时滞的计算公式。其次,通过构造Lyapunov-Krasovskii(L-K)泛函,证明了存在通信时滞与外部干扰条件下AUSS能够实现时变编队。最后,通过数值仿真验证所设计方法的准确性与有效性。

关键词：无人集群系统(AUSS) 时变编队通信时滞外部干扰 H_(∞)控制

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一种基于任务空间的T-VTOL多模态轨迹生成算法

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战术导弹技术 2024年第1期 85-94,104页

作者：张邦楚胡森伍勋朱威禹中山大学航空航天学院深圳518107

针对尾座式垂直起降无人机(T-VTOL)多模态轨迹规划复杂的问题,提出了一种面向任务空间的多模态轨迹生成算法。证明了T-VTOL全模态的微分平坦特性,位置的高阶导数是系统平坦的输出,表明T-VTOL可以在任务空间内设置符合期望轨迹的任意定... 详细信息

针对尾座式垂直起降无人机(T-VTOL)多模态轨迹规划复杂的问题,提出了一种面向任务空间的多模态轨迹生成算法。证明了T-VTOL全模态的微分平坦特性,位置的高阶导数是系统平坦的输出,表明T-VTOL可以在任务空间内设置符合期望轨迹的任意定点。基于庞特里亚金极小值原理提出了T-VTOL在三维空间的多模态轨迹生成算法与封闭解,并给出其可行性验证方法。结果表明,在两种过渡模态以及盘旋模态,T-VTOL飞行轨迹严格遵循任务空间约束。此外,所提算法具有计算时间短,算力要求低,易于部署的优点。

关键词：无人机轨迹优化尾座式垂直起降无人机庞特里亚金极小值原理微分平坦特性无人机多模态切换 T-VTOL任务空间最优过渡过程

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体系保障下无导引头高超声速导弹网络化协同制导技术

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战术导弹技术 2023年第5期 114-123页

作者：张邦楚伍勋胡森朱威禹中山大学航空航天学院深圳518107

在现代信息化战争中,网络化协同作战成为一种趋势。针对现有高超声速导弹制导体制选择难、成本过高的问题,提出了一种无人机引导无导引头高超声速导弹的网络化协同作战样式。系统性地描述了其作战样式,提出并分析了支撑其作战样式的四... 详细信息

在现代信息化战争中,网络化协同作战成为一种趋势。针对现有高超声速导弹制导体制选择难、成本过高的问题,提出了一种无人机引导无导引头高超声速导弹的网络化协同作战样式。系统性地描述了其作战样式,提出并分析了支撑其作战样式的四项关键技术,能实时任务规划、制导权交接技术、时间配准技术及空间配准技术。该新型作战概念对提升未来精确打击作战,提高作战效费比具有重要理论指导意义。

关键词：网络化协同制导无导引头 OODA环实时任务规划制导权交接时间配准空间配准

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基于蚁群优化的多弹协同目标分配算法

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弹箭与制导学报 2012年第4期32卷 69-73页

作者：张邦楚彭琛余新荣周晓华邹丽君洪都航空工业集团660所南昌330024 南昌航空大学信息工程学院南昌330063 江西信息应用职业技术学院南昌330043

为了提高对目标群的打击效果,研究了多弹编队系统中存在的目标分配决策问题。首先,利用弹间共享信息,综合考虑导弹性能、目标特性以及弹目之间的态势关系,建立弹目之间优势矩阵模型;然后,利用贪心算法及蚁群优化提出了一种简单有效的一... 详细信息

为了提高对目标群的打击效果,研究了多弹编队系统中存在的目标分配决策问题。首先,利用弹间共享信息,综合考虑导弹性能、目标特性以及弹目之间的态势关系,建立弹目之间优势矩阵模型;然后,利用贪心算法及蚁群优化提出了一种简单有效的一轮拍卖及其改进算法以在规定时间内得到单弹的次优目标分配方案,并以此得到整个弹群的分配结果。最后,仿真结果证实了所提出方法的有效性。

关键词：导弹目标分配协同拍卖蚁群优化

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某飞翼布局无人机控制系统重构方法研究

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航天控制 2011年第3期29卷 48-54页

作者：张邦楚郑友胜杨剑影周继强中航工业洪都集团公司650所南昌330024 北京大学北京100871

通常是在欧拉坐标系中描述飞机的运动方程,但是当飞机做大幅度的姿态运动时,运动方程的解会出现奇异性。根据某飞翼布局无人机的特点,本文首先建立了基于四元数法的六自由度飞行力学模型。在操纵面的气动数据插值方面,本文用非均匀有理... 详细信息

通常是在欧拉坐标系中描述飞机的运动方程,但是当飞机做大幅度的姿态运动时,运动方程的解会出现奇异性。根据某飞翼布局无人机的特点,本文首先建立了基于四元数法的六自由度飞行力学模型。在操纵面的气动数据插值方面,本文用非均匀有理B样条插值法,将插值后的数据进行拟合,得到操纵面气动力系数与舵偏角的关系表达式。在上述基础上,用序列二次规划法对无人机操纵面损伤故障进行重构。仿真结果表明,本文给出的方法能够对操纵面故障进行重构,并取得了较好的重构效果。

关键词：四元数序列二次规划法重构控制非均匀有理B样条

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基于LSTM的空战无人机实时航迹预测

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战术导弹技术 2024年第3期 72-83页

作者：张邦楚杨朋坤梁毅雍白卓朱威禹中山大学航空航天学院深圳518107

针对复杂空战环境下无人机航迹预测精度不足的问题,提出基于深度学习中长短期记忆(Long Short Term Memory,LSTM)网络的一种航迹预测方法。采用Afsim兵棋推演软件构建1V2空战对抗场景,通过清洗输出样本,获得了空战无人机航迹、姿态及角... 详细信息

针对复杂空战环境下无人机航迹预测精度不足的问题,提出基于深度学习中长短期记忆(Long Short Term Memory,LSTM)网络的一种航迹预测方法。采用Afsim兵棋推演软件构建1V2空战对抗场景,通过清洗输出样本,获得了空战无人机航迹、姿态及角速度多种特征数据集;搭建航迹预测LSTM网络模型,采用训练集对隐藏单元与时间步长敏感性分析;将测试集输入LSTM模型进行预测精度与时效性验证。LSTM网络模型综合长期记忆无人机状态信息的变化与上一时刻记忆得到预测值,解决了传统预测模型不能结合长期信息综合预测的弊端;并且采用大量学习的方式缩短了预测时间。结果表明:LSTM网络模型航迹预测绝对误差较小且时效性较强,可为空战航迹预测提供一定的参考。

关键词：深度学习神经网络长短期记忆网络航迹预测兵棋推演空战无人机

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