检索结果-内蒙古大学图书馆

中国科学：技术科学 2024年第9期54卷 1637-1651页

作者：张兆宇段海滨北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院飞行器控制一体化技术重点实验室仿生自主飞行系统研究组北京100083

本文针对时变切换的受限通信链路条件下的无人机集群协同控制问题,设计了一种基于虚拟误差的多无人机分布式协同控制算法,研究对象设置为具有非线性耦合特性的四旋翼无人机集群.首先,使用时变切换无向拓扑来描述干扰存在的受限环境下通... 详细信息

本文针对时变切换的受限通信链路条件下的无人机集群协同控制问题,设计了一种基于虚拟误差的多无人机分布式协同控制算法,研究对象设置为具有非线性耦合特性的四旋翼无人机集群.首先,使用时变切换无向拓扑来描述干扰存在的受限环境下通信链路通断特性,将连续可微的权重函数用作邻接矩阵元素,用以描述邻居节点间通信链路的时延阻滞特性.其次,设计姿态内环控制回路的指令驱动力矩,消去非线性姿态旋转误差项,利用障碍李雅普诺夫函数证明姿态控制内环系统稳定性.此外,在外环位置控制回路中引入两个辅助控制量,利用其构造与原平动动力学系统等价的辅助误差系统.利用该虚拟误差系统设计满足推力有界性的控制输入,避免每个节点的控制系统对节点自身和邻居节点的位置及速度信息的反馈需求,将集群内全部无人机节点的虚拟位置、速度误差以堆叠形式构造位置控制回路李雅普诺夫函数,基于姿态回路的渐近稳定证明位置闭环控制系统的渐近稳定性.最后,设置仿真场景中的通信拓扑为满足一致联合准强连通的时变无向切换拓扑,引入4个四旋翼无人机节点开展分布式协同控制律的仿真实例验证,进一步将本文设计的分布式控制协议分别同其他文献中所提出的基于虚拟系统的分布式控制算法及基于滑模误差流形的控制算法相对比,验证本文所提出算法能够仅在给定中心参考速度前提下跟踪速度积分所得的虚拟领导中心轨迹,且在集群构型保持和速度一致性控制方面具有显著优势.

关键词：四旋翼无人机集群分布式控制虚拟误差法时变拓扑

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带爪无人机自主控制技术新进展

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中国科学：技术科学 2024年第8期54卷 1533-1548页

作者：段海滨王壮壮霍梦真孙永斌北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院飞行器控制一体化技术重点实验室仿生自主飞行系统研究组北京100083

带爪无人机因同时具备作业机构的高精度操作能力和无人机的灵活机动性而被广泛关注.随着带爪无人机应用需求的增加和能力边界的拓展,国内外学者对其关键技术的研究日趋深入.本文对带爪无人机的作业机构构型、建模和控制方面的代表性研... 详细信息

带爪无人机因同时具备作业机构的高精度操作能力和无人机的灵活机动性而被广泛关注.随着带爪无人机应用需求的增加和能力边界的拓展,国内外学者对其关键技术的研究日趋深入.本文对带爪无人机的作业机构构型、建模和控制方面的代表性研究进展进行了讨论分析,并分别从作业机构和无人机平台角度阐述了其演变历程,将带爪无人机的建模方法分为整体建模法和独立建模法,在自主控制方面归纳了目前所研究的经典控制及机器学习方法,并分析了其优缺点.讨论了带爪无人机自主控制的技术难点和痛点,并对其未来发展方向进行了展望.

关键词：带爪无人机作业机构无人机平台动力学建模自主控制

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基于特殊个体的网络进化博弈群智合作激发调控

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中国科学：技术科学 2023年第2期53卷 167-176页

作者：王浩淼魏晨邓亦敏北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院飞行器控制一体化技术重点实验室仿生自主飞行系统研究组北京100083

引导群体中智能行为的产生与传播是群体智能领域的重要研究方向.相互合作是自然界中常见的群体智能行为.本文建立了一种基于特殊个体的网络进化博弈模型,分析了群体激发合作水平的进化特性以及调控手段.首先通过在规则网络进化博弈模型... 详细信息

引导群体中智能行为的产生与传播是群体智能领域的重要研究方向.相互合作是自然界中常见的群体智能行为.本文建立了一种基于特殊个体的网络进化博弈模型,分析了群体激发合作水平的进化特性以及调控手段.首先通过在规则网络进化博弈模型中建立有效的干预控制体系结构,实现对群集系统的调控作用;然后通过设计基于群体智能的特殊个体控制规则,特殊个体能起到促进合作行为涌现的群智激发作用;最后利用蒙特卡罗仿真方法分析了特殊个体对群体进化特性的影响,并讨论了不同参数条件对合作水平的影响.

关键词：特殊个体网络进化博弈软控制群智合作激发蒙特卡罗仿真

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仿慈鸦群信息交互的无人机集群协同转弯控制

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控制理论与应用 2024年

作者：申燕凯魏晨段海滨北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院飞行器控制一体化技术重点实验室仿生自主飞行系统研究组鹏城实验室

为实现动态不确定环境下无人机集群行为的快速调控,提出了一种仿慈鸦群信息交互的无人机集群协同转弯控制方法.通过分析慈鸦群交互行为及信息传播过程,分别建立了个体交互模型和信息传播模型,并阐述了信息交互与集群运动的关系.在社会... 详细信息

为实现动态不确定环境下无人机集群行为的快速调控,提出了一种仿慈鸦群信息交互的无人机集群协同转弯控制方法.通过分析慈鸦群交互行为及信息传播过程,分别建立了个体交互模型和信息传播模型,并阐述了信息交互与集群运动的关系.在社会力框架的基础上提出了集群动力学模型,并将其映射到转弯信息驱动下的无人机集群协同转弯控制中.仿真结果表明,在个体交互、信息传播及集群动力学的作用下,由少数无人机触发的转弯信息在集群中快速传播,使群体形成一致响应,实现了无人机集群的快速转弯机动.

关键词：无人机集群协同转弯控制慈鸦信息交互集群动力学改进社会力

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基于合作竞争公共物品博弈的无人机集群动态资源分配

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中国科学：信息科学 2022年第9期52卷 1598-1609页

作者：王浩淼段海滨魏晨北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院飞行器控制一体化技术重点实验室仿生自主飞行系统研究组北京100191 鹏城实验室深圳518000

无人机集群动态资源分配是其任务规划的挑战性关键技术难题.本文提出了一种基于合作竞争机制的动态资源分配方法,将无人机集群与网络进化博弈模型进行对应,建立了基于无人机拓扑网络的博弈模型,通过设计针对特殊个体的调控规则,达到提... 详细信息

无人机集群动态资源分配是其任务规划的挑战性关键技术难题.本文提出了一种基于合作竞争机制的动态资源分配方法,将无人机集群与网络进化博弈模型进行对应,建立了基于无人机拓扑网络的博弈模型,通过设计针对特殊个体的调控规则,达到提升系统平均收益的目的.最后,通过无人机博弈模型的仿真实验,根据网络结构、模型参数,以及不同激发机制下系统的稳态结果,验证了本文所提无人机动态资源分配方法的可行性和有效性.

关键词：无人机集群公共物品博弈动态资源分配合作机制竞争机制

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障碍环境下基于生物捕食逃逸行为的多运动体边界防御博弈方法

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中国科学：信息科学 2022年第12期52卷 2213-2224页

作者：仝秉达段海滨夏洁刘小峰北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院飞行器控制一体化技术重点实验室仿生自主飞行系统研究组北京100191 鹏城实验室深圳518055 河海大学物联网工程学院常州213022

基于微分对策的追逃博弈和疆土防御问题是多智能体对抗博弈控制的关键问题之一.本文研究了含障碍物的有界区域中多运动体边界防御博弈方法.首先通过对自然界中生物的捕食逃逸行为进行分析,对多运动体边界防御博弈系统进行了建模,得到不... 详细信息

基于微分对策的追逃博弈和疆土防御问题是多智能体对抗博弈控制的关键问题之一.本文研究了含障碍物的有界区域中多运动体边界防御博弈方法.首先通过对自然界中生物的捕食逃逸行为进行分析,对多运动体边界防御博弈系统进行了建模,得到不同情况下博弈终止条件和价值函数.其次,本文对含障碍环境下博弈双方的主导区域和界栅面进行了分析,并与无障碍情况进行了对比.最后,数值仿真验证了本文提出的多运动体边界防御方法满足微分对策中的鞍点策略条件和有效性.

关键词：捕食逃逸协同控制边界防御微分对策鞍点策略

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仿灰狼合作捕食行为的无人机集群动态任务分配

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控制理论与应用 2021年第11期38卷 1855-1862页

作者：彭雅兰段海滨张岱峰魏晨北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院飞行器控制一体化技术国家级重点实验室仿生自主飞行系统研究组北京100083 鹏城实验室深圳518000

大规模无人机集群可以承担单个无人机无法完成的复杂任务,为提高无人机集群执行任务的成功率与可靠性,综合考虑资源均衡与多目标分配的任务规划必不可少.灰狼是一种典型的团队合作狩猎动物,在捕食过程中体现出明显的社会层级结构与合作... 详细信息

大规模无人机集群可以承担单个无人机无法完成的复杂任务,为提高无人机集群执行任务的成功率与可靠性,综合考虑资源均衡与多目标分配的任务规划必不可少.灰狼是一种典型的团队合作狩猎动物,在捕食过程中体现出明显的社会层级结构与合作捕食行为.通过分析灰狼群体的狩猎过程,对灰狼的群体交互机制与合作捕食行为建模;在此基础上,将灰狼合作捕食行为机制映射至无人机集群动态任务分配中,给出了无人机集群动态任务分配流程.仿真结果表明,当无人机集群数量与任务节点关系不同时,所提无人机集群动态任务分配方法在资源均衡度与有效性方面均有明显优势.

关键词：无人机灰狼合作捕食任务分配

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基于寒鸦配对交互行为的无人机集群编队控制

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北京航空航天大学学报 2021年第2期47卷 391-397页

作者：张令段海滨雍婷邓亦敏魏晨北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院飞行器控制一体化技术重点实验室仿生自主飞行系统研究组北京100083 鹏城实验室深圳518000 信息系统安全技术重点实验室北京100101

受寒鸦群配对飞行行为机制的启发,提出了一种配对交互模型,并应用于解决无人机(UAV)集群编队控制问题。首先,模仿寒鸦个体间的配对交互,设计配对交互时的邻居选择机制,基于社会力,考虑惯性加速、远距吸引、近距排斥、速度匹配和运动阻尼... 详细信息

受寒鸦群配对飞行行为机制的启发,提出了一种配对交互模型,并应用于解决无人机(UAV)集群编队控制问题。首先,模仿寒鸦个体间的配对交互,设计配对交互时的邻居选择机制,基于社会力,考虑惯性加速、远距吸引、近距排斥、速度匹配和运动阻尼,分别建立配对个体和未配对个体的运动学微分方程,完成配对交互模型的构建。然后,在无人机模型基础上,设计基于寒鸦配对交互机制的无人机集群编队控制器。最后,通过2组仿真实验研究所提模型应用于无人机集群时的特性。结果表明,寒鸦配对交互模型能保证无人机集群运动的一致性,通过减小无人机交互的平均邻居数量,从而减小无人机集群的通信负载,并且当单向刺激时,配对无人机作为信息无人机时集群有更高的应激精度。

关键词：寒鸦配对交互无人机(UAV) 集群控制通信负载应激精度

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基于可变自主等级的有人机/无人机控制方法

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无人系统技术 2023年第6期6卷 80-90页

作者：张冬杨继国尤灵辰杨大鹏中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所沈阳110035 空军装备部驻沈阳地区第一军事代表室沈阳110850 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院飞行器控制一体化技术重点实验室仿生自主飞行系统研究组北京100083

针对有人机/无人机变自主权限控制的问题,研究了有人机/无人机集群的变自主等级控制机制。首先,设计了有人机/无人机集群自主等级,并分析了影响集群变自主等级的相关因素,建立了评估当前飞行态势的相关指标与方法,利用多属性决策理论计... 详细信息

针对有人机/无人机变自主权限控制的问题,研究了有人机/无人机集群的变自主等级控制机制。首先,设计了有人机/无人机集群自主等级,并分析了影响集群变自主等级的相关因素,建立了评估当前飞行态势的相关指标与方法,利用多属性决策理论计算适合的自主等级。其中,引入用户精力矩阵评估操作员在不同等级下的精力损耗,对操作员干预的必要性进行评价,得到适合的自主等级。随后,在不同自主等级基础上,设计了自主等级转换规则,解决了不同环境态势下集群变自主等级控制问题。最后,开发了图形用户界面,对有人机/无人机集群进行控制仿真。根据结果可知,可变自主等级在任务总耗时不变的情况下,能够大幅减少操作员与系统的交互时间,降低其操作负荷,证明了所提有人机/无人机集群变自主权限飞行的有效性。与固定自主等级的控制方案相比,变自主等级控制方法有着更好的控制效果。

关键词：有人机/无人机集群控制可变自主等级多属性决策图形用户界面仿真飞行编队

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仿鸿雁编队的无人机集群飞行验证

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工程科学学报 2019年第12期41卷 1599-1608页

作者：杨庆段海滨北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室仿生自主飞行系统研究组北京100083 鹏城实验室深圳518000

为了降低无人机集群控制的复杂度,高效解决大规模无人机集群控制和长距离飞行时集群变拓扑问题,设计了一种仿鸿雁群编队的无人机集群自主协同控制方法,借鉴自然界中的鸿雁编队行为机制,开发了面向无人机平台的分布式仿生集群控制系统.... 详细信息

为了降低无人机集群控制的复杂度,高效解决大规模无人机集群控制和长距离飞行时集群变拓扑问题,设计了一种仿鸿雁群编队的无人机集群自主协同控制方法,借鉴自然界中的鸿雁编队行为机制,开发了面向无人机平台的分布式仿生集群控制系统.鸿雁是一种常见的集群鸟类,其在迁徙途中表现的自组网和编队变拓扑行为与无人机集群飞行有极高的相似性.仿鸿雁编队行为机制的无人机集群飞行验证系统采用了低成本四旋翼无人机,利用无线局域网进行组网通信.外场飞行试验结果表明,自然界中的鸿雁编队行为机制有助于无人机集群的快速精准编队控制,实现了无人机的位置实时变拓扑,提高了无人机集群飞行的鲁棒性.

关键词：无人机鸿雁集群编队分布式控制局部通信

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