检索结果-内蒙古大学图书馆

实验科学与技术 2018年第1期16卷 40-43页

作者：陈晋音杨东勇俞山青毛国红浙江工业大学信息工程学院浙江杭州310023 浙江工业大学计算机科学与技术学院浙江杭州310023

该文基于机器人操作系统(ROS)仿真环境提出一种开放性的无人机仿真实验教学方案,通过ROS集成的可视化功能,利用Kinect等设备获取环境信息、搭建无人机动力学模型和三维可视化模型,设计三维环境航迹规划算法,并通过动态演示技术,实现ROS... 详细信息

该文基于机器人操作系统(ROS)仿真环境提出一种开放性的无人机仿真实验教学方案,通过ROS集成的可视化功能,利用Kinect等设备获取环境信息、搭建无人机动力学模型和三维可视化模型,设计三维环境航迹规划算法,并通过动态演示技术,实现ROS环境下的无人机航迹规划动态演示,使学生能够从开放性试验中实现无人机的运动控制、航迹规划和可视化编程等技术。基于ROS的无人机仿真实验是运动控制、规划算法、可视化编程等技术的一种典型的综合性应用,有助于学生深入学习无人机的原理和航迹规划方法。教学实践证明开放性教学方案在教学实践中取得较满意的效果。

关键词：机器人操作系统仿真环境无人机仿真实验教学算法设计

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基于多模态固定翼无人机下滑着陆控制设计与仿真

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中国高新科技 2024年第8期 119-121页

作者：罗福星王涛李凯慧程海涛李加尧国网西藏电力有限公司超高压分公司西藏拉萨850010 国网电力空间技术有限公司北京102209

无人机的飞行控制技术是关键技术之一,其主要分为飞行策略的建立以及核心控制技术两部分。飞行策略是在规划好飞行航线的同时控制其飞行过程的安全,而核心控制是保证无人机在运行中的稳定性。文章以某长航时大中型无人机为对象进行研究... 详细信息

无人机的飞行控制技术是关键技术之一,其主要分为飞行策略的建立以及核心控制技术两部分。飞行策略是在规划好飞行航线的同时控制其飞行过程的安全,而核心控制是保证无人机在运行中的稳定性。文章以某长航时大中型无人机为对象进行研究与设计,主要围绕无人机在自主飞行控制技术中的下滑与着陆过程,设计出下滑到着陆的导航航线并通过控制算法使无人机较好地跟踪下滑航线到着陆,实现了无人机下滑着陆阶段的精确性和安全性。最后,在MATLAB/Simulink环境下进行模块化的工程搭建以及下滑着陆段的设计与仿真。

关键词：无人机仿真导航 MATLAB/Simulink

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基于视觉的无人机自主作业方法研究

基于视觉的无人机自主作业方法研究

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作者：赵子君沈阳理工大学

学位级别：硕士

四旋翼无人机具有结构简单和高机动性的优点,被广泛应用于户外空旷场景中完成各种作业任务,随着时代的发展,逐渐有着向户内或户外复杂环境下应用趋势。虽然四旋翼无人机可以依赖机载电脑进行一定程度的自主飞行,但在复杂环境下,自主作... 详细信息

四旋翼无人机具有结构简单和高机动性的优点,被广泛应用于户外空旷场景中完成各种作业任务,随着时代的发展,逐渐有着向户内或户外复杂环境下应用趋势。虽然四旋翼无人机可以依赖机载电脑进行一定程度的自主飞行,但在复杂环境下,自主作业能力严重受限。本文从四旋翼无人机自主作业应用出发,分析相关技术的研究现状,对不同视觉定位方案进行剖析,合理运用环境感知方法建立适合路径规划的ESDF地图,并重点对路径规划算法、轨迹生成技术进行研究。四旋翼无人机依靠机载设备进行定位是自主作业的基本要求,视觉惯性里程计将机载相机的视觉数据和惯性测量单元的测量数据相融合,解算出无人机的位姿信息。本文利用位姿信息和相机的深度测量数据构建出ESDF地图,在地图中对障碍物进行合理膨胀,视四旋翼无人机为一质点,为后续路径规划工作打下坚实的基础。接着,本文深入研究路径规划相关算法,提出基于改进RRT算法的四旋翼无人机路径规划方法,此算法可有效降低算法采样次数和提高路径平滑度。同时,研究了基于B样条的避障方法,此方法可以使路径与障碍物之间有充足的安全距离,充分保障四旋翼无人机的飞行安全。最后,本文利用B样条的凸包性、局部支撑性等性质结合平滑、可行性、碰撞约束函数对路径进行优化,并对优化后的路径时间节点进行调整,生成符合四旋翼无人机的飞行轨迹,并根据轨迹位置信息计算可供飞行控制器执行的偏航角。本文通过计算机软件搭建仿真环境,完成路径规划算法和基于视觉定位的四旋翼无人机自主作业等仿真实验。实验结果表明,改进RRT算法在平滑度和运算时间上优于传统RRT算法;基于B样条的避障方法可以有效保证路径与障碍物之间的安全距离;飞行控制器可以正确执行轨迹的位置和偏航信息,控制四旋翼无人机绕开障碍物飞抵目标点,说明轨迹安全、可行。

关键词：四旋翼无人机视觉传感器路径规划无人机仿真

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基于机器视觉的异构飞行器空中分离与对接控制方法

基于机器视觉的异构飞行器空中分离与对接控制方法

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作者：张晨南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着无人机的任务需求日渐复杂,垂直起降飞行器凭借其集旋翼和固定翼优势为一体的特点在未来战场上占据不可替代的地位,具备十分重要的研究意义。传统的垂起飞行器往往存在垂起效率低、改变固定翼结构导致降低载荷能力等问题,因此本文... 详细信息

随着无人机的任务需求日渐复杂,垂直起降飞行器凭借其集旋翼和固定翼优势为一体的特点在未来战场上占据不可替代的地位,具备十分重要的研究意义。传统的垂起飞行器往往存在垂起效率低、改变固定翼结构导致降低载荷能力等问题,因此本文设计异构推进飞行器将垂直起降飞行器分解为分体式可对接分离的固定翼和旋翼飞行器,设计机器视觉算法和预测轨迹控制算法提高系统智能化程度,开展两飞行器对接与分离的仿真与实物的控制方法研究。针对仿真系统平台构建,本文首先针对固定翼和旋翼的基本动力学和运动学模型进行搭建,并实现姿态、高度闭环控制。其次,在gazebo环境在进行物理引擎搭建,选取合适的气动力参数,实现两飞行器符合现实世界的仿真飞行的性能特征,对于飞行器静态速度、高度、位置等误差控制在2%以内。针对机器视觉算法开发,为提供旋翼飞行器对接过程中稳定的误差数据,本文首先基于仿鹰眼视觉进行了相机结构搭建和图像预处理配置。其次,设计识别跟踪所使用的合作标靶,研究识别该标靶的图像特征算法和模板匹配算法,最后融合两个算法以双线程互相优化,保证识别频率在50Hz以上,并具备光照、距离适应性强的优点。随后进行控制算法开发,本文首先进行姿态稳定的底层控制量的选择和处理,然后设计对接控制策略,引入最小snap轨迹优化算法生成预测轨迹进行飞行器控制,并设计偏航串级PID控制器,在具备动力噪声的仿真平台下控制高速动态跟踪状态下的误差在10cm以内,并实现一定程度的抗扰动能力。最后针对对接末端导致的姿态扰动,设计前馈控制提前增加飞行器动力来减小姿态变化,结果表明引入前馈控制后高度扰动减少约70%,俯仰姿态扰动减少约50%。最后针对飞行器实物展开设计和试验,包括载重能力高的旋翼飞行器和巡航速度低的固定翼飞行器,基于pyqt设计控制飞行器飞行的通讯协议和地面测控系统,设计飞行器对接与分离辅助机构,开展双机分离和部分对接试验并分析。

关键词：垂直起降无人机仿真机器视觉飞行控制轨迹优化

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多维数据融合的无人机自主飞行控制研究

多维数据融合的无人机自主飞行控制研究

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作者：潘正宵中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

受益于智能芯片技术的发展,无人机一定程度上能摆脱地面控制站的控制,凭借机载电脑的计算,实现自主飞行。然而复杂的飞行环境,对无人机的自主控制提出了新要求,需要无人机能够在执行任务的过程中自主地完成实时动态航线规划、及时躲避静... 详细信息

受益于智能芯片技术的发展,无人机一定程度上能摆脱地面控制站的控制,凭借机载电脑的计算,实现自主飞行。然而复杂的飞行环境,对无人机的自主控制提出了新要求,需要无人机能够在执行任务的过程中自主地完成实时动态航线规划、及时躲避静/动态障碍物、完成自主起飞和降落等动作,并应对个别传感器失效情况下继续精准定位的挑战。因此,使无人机具备多维数据的感知能力及完善的自主避障能力,是实现无人机自主飞行的关键。针对复杂飞行环境下的无人机自主飞行控制进行了研究,具体工作为:对多传感器的位姿数据融合技术进行研究,采用一种融合技术解决解决了单一传感器因噪声、失效等问题影响无人机的定位和姿态估计的问题。对激光雷达SLAM构建的点云地图转换为欧式有符号距离函数地图的技术研究,采用了激光与图像融合的回环检测方法,确保了激光SLAM的全局一致性,为路径规划算法做准备。对基于轨迹优化的动态重规划方法进行研究,采用基于重规划的高阶B样条曲线,结合提出的飞行约束方程,动态重规划路径。对动态障碍的运动模型进行研究,采用基于时间再分配策略的无人机动态避障算法,解决动态重规划路径算法的实时性。对无人机自主飞行控制模型进行研究,采用基于PID控制模型,使用LQR控制率进行无人机轨迹追踪,实现无人机的自主飞行。实验基于机器人操作系统,在Gazebo平台上进行无人机自主飞行建模仿真,并利用Rviz工具进行实验结果可视化。通过实验取数据分析,验证系统中数据融合算法、动态规划算法的性能,以及无人机自主飞行模型的可靠性。

关键词：多旋翼无人机多维数据融合自主感知即时定位和建图路径规划无人机仿真

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基于拉普拉斯人工势场的无人机避障控制

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中国科学院大学学报（中英文） 2020年第5期37卷 681-687页

作者：顾育津宋孝成刘晓培陆疌中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海200050 中国科学院大学北京100049 上海科技大学上海201210

针对无人机在复杂环境中的自主导航问题,设计基于拉普拉斯方程的人工势场,并以人工势场为基础进行无人机的运动控制。对地图中阻碍边界与目标边界分别设置初始条件,采用边界元法求解拉普拉斯方程。由此建立调和势场,它对障碍物形态适应... 详细信息

针对无人机在复杂环境中的自主导航问题,设计基于拉普拉斯方程的人工势场,并以人工势场为基础进行无人机的运动控制。对地图中阻碍边界与目标边界分别设置初始条件,采用边界元法求解拉普拉斯方程。由此建立调和势场,它对障碍物形态适应程度高,不存在局部极小点,并可快速计算内部任一点的梯度。以构建的梯度场作为参考速度,采用线性二次型高斯控制器进行速度追踪,从而完成无人机的姿态控制。采用Airsim仿真平台进行不同场景下的模拟实验,结果表明算法可以有效引导无人机完成路径规划与避障控制,且在遭遇意外干扰时具备良好的调整适应能力。

关键词：边界元法拉普拉斯方程线性二次型高斯控制无人机仿真

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无人机集群的多群组避碰控制以及优化

无人机集群的多群组避碰控制以及优化

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作者：汪新宇西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着无人机集群技术的发展,大规模无人机集群的应用领域越来越广,对无人机集群的控制技术提出了更高的要求。目前大多数的无人机集群控制技术主要面向单个群组的无人机集群场景,对于越来越复杂的场景和任务需要,单个群组的无人机集群控... 详细信息

随着无人机集群技术的发展,大规模无人机集群的应用领域越来越广,对无人机集群的控制技术提出了更高的要求。目前大多数的无人机集群控制技术主要面向单个群组的无人机集群场景,对于越来越复杂的场景和任务需要,单个群组的无人机集群控制技术可能难以提供稳定和灵活的控制能力,因此为了拓展无人机集群控制技术的应用范围,需要支持满足多个群组的无人机集群协同控制技术,其协同控制既需要实现单群组内部的碰撞避免,也需要实现多群组之间的碰撞避免。本研究对多群组无人机避碰控制技术的现状进行了深入调查和分析,为了能够达到高效、稳定、安全的多群组无人机避碰控制,本研究从多群组无人机避碰控制模型设计和优化两个方面展开了研究。多群组无人机避碰控制模型主要通过设计多群组无人机避碰算法并借助无人机仿真技术对多群组的无人机避碰技术进行建模,检验各种场景下的多群组无人机避碰控制模型的高效性、稳定性以及安全性。同时,针对多群组无人机避碰控制模型的参数优化问题展开研究,通过设计稳定、高效的模型优化框架,实现模型参数的高效校准,以提高控制模型在不同场景下的适应能力和控制效果。以下几点是本研究的主要成果:(1)提出了基于最小包围圆的群组碰撞检测方法和基于潜在碰撞区域的自适应群组重构方法,通过计算每个群组包围圆之间的相对速度和相对位置间的关系,在线性时间内分析群组间潜在碰撞状态,并通过群组内成员分布状态重构群组,减少死锁的发生。(2)提出了群组间和群组内部的两层碰撞避免协同控制模型,通过计算群组间的最小绕行代价得到优选速度实现无人机群组间避碰过程中的稳定性维持,同时使用相应的群聚算法实现群组内部的稳定性维持。(3)构建了群组间和群组内部避碰模型控制参数设置的多任务优化框架,通过多因子进化算法实现群组间和群组内部避碰控制模型的协同参数优化,并通过在线训练机器学习模型动态替换基于仿真器的评价过程,减少任务评价时间和资源占用。(4)通过设计多种无人机多群组仿真场景,并和其他先进的无人机集群控制算法进行了比较,检验了我们设计的多群组无人机避碰控制模型的高效性、稳定性以及安全性,同时验证了多任务优化框架对于多群组无人机避碰控制模型参数优化的优越性。

关键词：无人机集群控制无人机仿真多群组无人机避碰多任务优化

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基于APM的高级飞控系统设计

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计算机测量与控制 2020年第10期28卷 111-115页

作者：龚玉锋赵文杰何通能浙江工业大学信息工程学院杭州310023 浙江大学航空航天学院杭州310027

文章设计了一种基于开源飞控APM的高级飞控系统,包含硬件电路模块和软件算法模块,主控芯片STM32H7可高速运行至400 MHz,通过MAVLink协议控制APM无人机,设计了以高级飞控系统控制无人机的一键起飞控制流程、遥控量的控制功能、上传飞行... 详细信息

文章设计了一种基于开源飞控APM的高级飞控系统,包含硬件电路模块和软件算法模块,主控芯片STM32H7可高速运行至400 MHz,通过MAVLink协议控制APM无人机,设计了以高级飞控系统控制无人机的一键起飞控制流程、遥控量的控制功能、上传飞行任务到APM飞控功能;移植UCOSIII操作系统,并结合MAVLink协议设计了编队组网架构,精简协议数据流,使之适应组网通信;在高级飞控系统测试了智能粒子群算法的无人机集群搜索与航迹规划,模拟9架无人机在1×105 m 2区域搜索3个目标,仿真结果表明该算法200 ms的迭代更新速度满足实际要求;高级飞控系统的控制功能同样适用于MAVLink协议的其他飞控,如PX4飞控。

关键词： APM MAVLink 一键起飞无人机组网无人机仿真

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基于双目视觉的无人机自主感知与导航系统设计与实现

基于双目视觉的无人机自主感知与导航系统设计与实现

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作者：吕华龙天津大学

学位级别：硕士

多旋翼微型无人机因其灵活、便携、可垂直起降和高速巡航等特点,被广泛应用在航拍测绘、农业植保等多个领域。随着行业无人机技术的发展,无人机应用领域不断扩大,许多新兴的应用,如智慧物流、搜索救援、电力巡检等,对无人机的自主性提... 详细信息

多旋翼微型无人机因其灵活、便携、可垂直起降和高速巡航等特点,被广泛应用在航拍测绘、农业植保等多个领域。随着行业无人机技术的发展,无人机应用领域不断扩大,许多新兴的应用,如智慧物流、搜索救援、电力巡检等,对无人机的自主性提出了更高的要求,需要无人机在执行任务的过程中能够自主地处理各种复杂情况,例如无人机在GPS失效的情况下仍能精确定位、在飞行过程中自主躲避障碍物、动态规划航线、自主探测到合适的位置降落等。因此,使无人机具备自主感知与导航的能力是扩展其应用领域的关键。本文设计并实现了一套完整的无人机自主感知与自主导航系统。主要包含基于双目立体视觉的环境感知算法、基于全局路径搜索和局部轨迹优化相结合的运动规划算法。在感知算法部分,利用双目视觉与惯导相融合的SLAM算法实现无人机状态估计并构建视觉障碍物环境地图;在运动规划部分,根据无人机的状态和障碍物地图信息,先利用混合状态A*算法搜索出到达目标点的可行路径,再采用B样条轨迹优化算法对搜索路径进一步局部调优,求解出满足无人机动力约束的安全平滑轨迹,最后通过轨迹服务器引导无人机贴合规划的航迹飞行。同时,基于Gazebo仿真器和Air Sim仿真器,搭建了完善的无人机自主导航软件仿真平台用于算法测试和系统分析。针对于无人机的多场景感知问题,本文提出了一种基于双目立体视觉与IMU和GPS相结合的多传感器融合无人机状态估计算法,采用紧耦合与松耦合相结合的方式,将双目视觉里程计与IMU和GPS信息融合,从而解决无人机多场景和跨场景的状态估计问题。本文在多个公开数据集、仿真环境和真实场景中均设计了丰富的实验,详细分析各个功能算法的实时性与准确度以及整个无人机自主感知与导航系统的可行性。最后将本文所提出的无人机自主感知与导航系统部署在搭载了NVIDIA TX2机载计算机、MYNT-EYE立体相机、Pixhawk飞控的四旋翼飞行器上,在真实应用场景下验证了无人机系统自主避障飞行的有效性。

关键词：多旋翼微型无人机自主感知与导航即时定位与建图运动规划多传感器融合无人机仿真

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GPS模拟器在无人机仿真中的设计与应用

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计算机测量与控制 2011年第10期19卷 2522-2524,2528页

作者：刘少华曾赟西北工业大学第365研究所陕西西安710065 精密测试技术研究所江西九江332000

为模拟无人机在真实大气环境下,存在风场干扰以及传感器存在误差条件下的导航控制,设计出一种GPS模拟器,简化了风模型和紊流模型,给出了GPS模拟器的设计思路以及在传感器偏差与常值风干扰下的设计原理;最后利用常值风干扰仿真,验证了风... 详细信息

为模拟无人机在真实大气环境下,存在风场干扰以及传感器存在误差条件下的导航控制,设计出一种GPS模拟器,简化了风模型和紊流模型,给出了GPS模拟器的设计思路以及在传感器偏差与常值风干扰下的设计原理;最后利用常值风干扰仿真,验证了风场估计算法的正确性;仿真表明,用矢量三角形估计法将常值风场与传感器误差模型估计出来后得到的风场数据修正航程推算,提高定位精度达到了较好的控制效果;该GPS模拟器可以为无人机仿真系统提供闭环控制条件,能够很好地模拟无人机在真实大气环境中的导航与制导控制,具有一定的实用价值。

关键词：无人机仿真 GSP模拟器风场估计传感器偏差

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