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《基于觀測器的無人機(jī)群故障診斷與容錯(cuò)控制方法研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、中圖分類號：TP273論文編號：102870318-SX216學(xué)科分類號：081105碩士學(xué)位論文基于觀測器的無人機(jī)群故障診斷與容錯(cuò)控制方法研究研究生姓名施俊鵬學(xué)科、專業(yè)導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制研究方向故障診斷指導(dǎo)教師劉劍慰副教授南京航空航天大學(xué)研究生院自動(dòng)化學(xué)院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonfaultdiagnosisan
2、dfault-tolerantcontroltechnologyforUAVsbasedonobserverAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyShiJunpengAdvisedbyProf.LiuJianweiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承諾書本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得
3、的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書）作者簽名：日期：南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要自二十世紀(jì)九十年代以來，無人機(jī)技術(shù)可以說是日新月異，無論是在國防安全領(lǐng)域還是在民事領(lǐng)域，無人機(jī)都擔(dān)任著日益重要的角色。然而
4、面對越加艱巨的任務(wù)和更為復(fù)雜的信息化環(huán)境，單架無人機(jī)已無法滿足任務(wù)需求，美國軍方對無人機(jī)自主控制等級的劃分中也將全自主集群作為最高等級，無人機(jī)群的研究正成為世界各國研究的熱點(diǎn)。隨著無人機(jī)群中無人機(jī)數(shù)量的增多，故障發(fā)生的可能性與故障診斷的難度也就越大，隨之引發(fā)事故的影響也越嚴(yán)重。因此，設(shè)計(jì)有效的無人機(jī)群故障診斷與容錯(cuò)控制方法是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的有意義的課題。本文基于觀測器的方法研究了無人機(jī)群出現(xiàn)執(zhí)行器故障情況下的故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)，并在Quanser無人機(jī)實(shí)物驗(yàn)證平臺(tái)上驗(yàn)證了方法的工程應(yīng)用價(jià)值與其廣泛的
5、適用性。首先，介紹了課題的研究背景與研究意義，并對無人機(jī)群故障診斷與容錯(cuò)控制研究現(xiàn)狀作了概述。然后通過分析相鄰長僚機(jī)之間的位置關(guān)系與無人機(jī)自身非線性模型，建立無人機(jī)群內(nèi)外環(huán)模型，通過內(nèi)外環(huán)模型的結(jié)合，證明了無人機(jī)群的穩(wěn)定性。其次，針對內(nèi)環(huán)無人機(jī)非線性模型，考慮存在干擾與執(zhí)行器故障的情況，在滿足合理假設(shè)的條件下，利用線性變換將原系統(tǒng)分離為兩個(gè)子系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)降維滑模觀測器進(jìn)行故障診斷，得到在線故障估計(jì)值后，采用補(bǔ)償控制的方法進(jìn)行容錯(cuò)控制。最后通過Lyapunov穩(wěn)定性定理證明了降維滑模觀測器的穩(wěn)定性與可達(dá)
6、性，并通過仿真驗(yàn)證了方法的有效性。然后，為更貼合真實(shí)情況，在無人機(jī)群中引入相對輸出估計(jì)誤差。本文采用圖論中的有向圖對通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與誤差傳導(dǎo)過程進(jìn)行描述，并設(shè)計(jì)單機(jī)非線性系統(tǒng)的滑模觀測器，同時(shí)為了克服降維滑模觀測器對故障的限制，加入自適應(yīng)律來進(jìn)一步改進(jìn)觀測器。由于相對輸出誤差存在，單一地考慮無人機(jī)群的穩(wěn)定性效果較差，于是利用克羅內(nèi)克積將單機(jī)問題轉(zhuǎn)化為全局問題，從全局角度證明了自適應(yīng)滑模觀測器的穩(wěn)定性與可達(dá)性。并通過MATLAB完成了對觀測器參數(shù)的解算和仿真驗(yàn)證。最后，為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)方法的工程適用性，在Q
7、uanser無人機(jī)實(shí)物驗(yàn)證平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證?；谡n題組現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件，本文采用了兩個(gè)地面機(jī)器人Qbot2與一架空中飛行器Qball-X4組成地空聯(lián)合編隊(duì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并考慮了飛行器單個(gè)執(zhí)行器故障與兩個(gè)執(zhí)行器故障的情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所設(shè)計(jì)自適應(yīng)滑模觀測器故障估計(jì)性能良好，無人機(jī)群能在故障情況下保持編隊(duì)穩(wěn)定，且方法適用面較廣。關(guān)鍵詞：無人機(jī)群，故障估計(jì)，容錯(cuò)控制，自適應(yīng)，滑模觀測器，Quanser實(shí)物驗(yàn)證平臺(tái)I基于觀測器的無人機(jī)群故障診斷與容錯(cuò)控制方法研究AbstractSince1990s,UA
8、Vtechnologyischangingrapidly.Inthenationaldefensefieldandcivilfield,UAVisplayingamoreandmoreimportantrole.Facingthemorearduoustaskandthemorecomplexinformationenvironment,singleunmannedaerialvehicle(UAV)hasnotbeenabletomeetthetask
