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基于改进人工势场的无人机编队防碰撞控制方法
  • ISSN号:1006-7043
  • 期刊名称:《哈尔滨工程大学学报》
  • 时间:0
  • 分类:V249.1[航空宇航科学与技术—飞行器设计;航空宇航科学技术]
  • 作者机构:[1]长安大学电子与控制工程学院,陕西西安710064, [2]长安大学信息工程学院,陕西西安710064, [3]西北工业大学自动化学院,陕西西安710129
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(61473229); 中央高校基本科研业务费项目(310832163403,310832161012); 陕西省科技公关项目(2015GY052); 陕西省国际科技合作与交流计划(2015KW-023); 西安市科技计划(CXY1512-3).
中文摘要:

针对无人机编队飞行过程中的机间防碰撞、障碍物规避问题,提出了基于改进人工势场的防碰撞控制方法。利用一致性理论,引入了通信拓扑和通信权重的概念,给出了改进的机间人工势场函数和作用区域。定义了无人机与空域障碍物的斥力势,构建了受二者相对运动速度影响的辅助斥力势,使无人机高效地规避障碍物,并给出了机间防碰撞、障碍物规避的总速度场。提出了防碰撞控制算法,给出了速度、俯仰角、偏航角等防碰撞指令;设计了一种飞行控制器来跟踪防碰撞指令,构建了含防碰撞控制算法、飞行控制器的完整编队系统。三维飞行仿真结果表明:所提编队防碰撞控制方法可以快速实现机间防碰撞,并能有效规避空域障碍物。

英文摘要:

For the formation flight of unmanned aerial vehicles( UAVs),the problems of collision avoidance among UAVs and obstacle avoidance were investigated. In addition,a collision avoidance control method based on the improved artificial potential field was proposed. The concepts of communication topology and communication weights were introduced via consensus theory. The improved artificial potential field function was given with its effective range. The repulsive potential field between the UAV and an obstacle was defined,and an auxiliary repulsive potential affected by the relative velocity between them was constructed to make the UAV avoid the obstacle more efficiently. Moreover,a total velocity field for collision avoidance and obstacle avoidance was formulated. A collision avoidance algorithm was proposed to generate the orders of velocity,pitch angle,and yaw angle. A flight controller was designed to track these orders,and a whole formation system containing the collision avoidance control algorithm and flight controller was constructed. Three-dimensional flight simulation results show that the proposed method could achieve collision avoidance among UAVs quickly,as well as avoid obstacles effectively.

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期刊信息
  • 《哈尔滨工程大学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中华人民共和国工业和信息化部
  • 主办单位:哈尔滨工程大学
  • 主编:杨士莪
  • 地址:哈尔滨市南岗区南通大街145号1号楼
  • 邮编:150001
  • 邮箱:xuebao@hrbeu.edu.cn
  • 电话:0451-82519357
  • 国际标准刊号:ISSN:1006-7043
  • 国内统一刊号:ISSN:23-1390/U
  • 邮发代号:14-111
  • 获奖情况:
  • 工信部科技期刊评比"优秀期刊奖",中国高校科技期刊评比"精品期刊奖","北方十佳期刊奖",首届黑龙江省政府出版奖--优秀期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),波兰哥白尼索引,德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
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