基于人工勢(shì)場(chǎng)的多無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃一致性研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，近些年多智能體系統(tǒng)在諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，如無(wú)人機(jī)、水下航行器、衛(wèi)星協(xié)調(diào)等，使得多智能體系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作引起人們的高度關(guān)注，因此使得多智能體系統(tǒng)成為研究熱點(diǎn)。盡管應(yīng)用背景各不相同，但是基本原理都是使用了多智能體系統(tǒng)的一致性理論，即利用個(gè)體的局部信息通過(guò)簡(jiǎn)單的控制規(guī)則使系統(tǒng)達(dá)到全局的控制目標(biāo)。近年來(lái)無(wú)論在軍用或民用領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用涉獵廣泛。在特殊復(fù)雜任務(wù)的背景下，無(wú)人機(jī)需要通過(guò)布滿障礙物的區(qū)域，這時(shí)必須解決無(wú)人機(jī)的避障

2、問(wèn)題；單個(gè)無(wú)人機(jī)可能無(wú)法達(dá)到任務(wù)需求，因此需要多架無(wú)人機(jī)協(xié)同完成，但在復(fù)雜環(huán)境中無(wú)人機(jī)之間的通信極易受到干擾。考慮到多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)適應(yīng)復(fù)雜工作環(huán)境的能力，并能夠協(xié)同完成任務(wù)的需求，具有通信延遲的多無(wú)人機(jī)一致性問(wèn)題亟待解決。本文的主要研究工作包括如下內(nèi)容：
　　1.研究了采用人工勢(shì)場(chǎng)法的多無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃問(wèn)題。概述了多無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃的研究現(xiàn)狀，將無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)模型簡(jiǎn)化為智能體，研究了傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法在航跡規(guī)劃過(guò)程中的避障問(wèn)題。根據(jù)傳統(tǒng)人工勢(shì)

3、場(chǎng)法存在的弊端，提出改進(jìn)的人工勢(shì)場(chǎng)法，并且引入回環(huán)力。解決了傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法存在的局部極值以及目標(biāo)不可達(dá)問(wèn)題。通過(guò)加入無(wú)人機(jī)間的作用力，解決無(wú)人機(jī)之間的自碰撞和脫離編隊(duì)的問(wèn)題。
　　2.研究了基于人工勢(shì)場(chǎng)的多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)一致性問(wèn)題。在多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的問(wèn)題研究中，根據(jù)圖論，建立了多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)間的通信網(wǎng)絡(luò)模型。應(yīng)用多智能體系統(tǒng)理論，分析了基于人工勢(shì)場(chǎng)的多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)一致性問(wèn)題。根據(jù)建立的改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)，設(shè)計(jì)了一種具有一致性的控制協(xié)議。通過(guò)設(shè)計(jì)不

4、同控制要求的控制協(xié)議，保障多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的一致性，利用構(gòu)建的Lyapunov函數(shù)，證明了多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　3.研究了在復(fù)雜環(huán)境中多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)之間存在通信延遲的一致性問(wèn)題。對(duì)無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及通信拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，在具有固定無(wú)向連通圖的通信拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中，以具有通信時(shí)延一致性協(xié)議為基礎(chǔ)，提出了控制協(xié)議。
　　4.開(kāi)展了以無(wú)人機(jī)為實(shí)例的數(shù)值仿真，對(duì)改進(jìn)的人工勢(shì)場(chǎng)在處理局部極值以及目標(biāo)不可達(dá)問(wèn)題進(jìn)行了驗(yàn)證分析；對(duì)存在復(fù)雜障礙