Connectivity preservation and collision avoidance control for spacecraft formation flying in the presence of multiple obstacles

This paper addresses connectivity preservation and collision avoidance problem of spacecraft formation flying with multiple obstacles and parametric uncertainties under a proximity graph. In the proximity graph, each spacecraft can only get the states of the neighbor spacecraft within its sensing region. Connectivity preservation of a graph means that the connectivity of the graph should be preserved at all times during spacecraft formation flying. We consider two cases: (i) the obstacles are static, and (ii) the obstacles are dynamic. In the first case, a distributed continuous control algorithm based on artificial potential function and equivalent certainty principle is proposed to account for the unknown parameters and the static obstacles. In the second case, a sliding surface combined with a distributed adaptive control algorithm is proposed to tackle the influence of the dynamic obstacles and the unknown parameters at the same time. With the distributed control algorithms, the desired formation configuration can be achieved while the connectivity of the graph is preserved and the collisions between the spacecraft and the obstacles are avoided. Numerical simulations are presented to illustrate the theoretical results.     

异构多智能体系统分组输出时变编队跟踪控制

空地协同控制是前沿的热点研究之一,以无人机、无人车为代表的空地智能体动力学模型的差异为研究带来了挑战。研究了高阶异构多智能体系统在有向拓扑条件下的分组输出时变编队跟踪控制问题,提出了虚拟领导者、分组领导者以及跟随者组成的三层协同控制架构。虚拟领导者用于规划整个多智能体系统的状态轨迹,分组领导者跟踪虚拟领导者所提供的轨迹信息,并相互协作以实现分组间的协同配合。跟随者跟踪分组领导者的输出并实现期望的输出编队。在有向通信拓扑结构条件下,基于局部邻居间的相对信息、观测器理论和滑模控制理论构造了控制协议,利用Lyapunov稳定性理论证明协议的有效性。数值仿真结果表明提出的方法能够实现无人机、无人车等异构智能体的空地协同,具有较好的工程应用价值。     

压电智能反射面静态形状控制与作动器位置优化

为了提高反射面的精度,建立了压电智能反射面的形状控制模型,对该结构的力学建模方法、形状控制方法和作动器优化配置算法进行了研究。首先,将蜂窝夹层结构的压电智能反射面等效为多层复合板,根据虚功原理推导了结构的有限元方程。然后,根据建立的有限元方程,推导了反射面变形的均方根误差与作动器控制电压的关系式,以均方根误差最小为优化目标,建立了形状控制优化模型,将作动器控制电压的优化转化为约束优化问题的求解。最后,采用模拟退火算法对压电作动器进行了优化配置。为了验证形状控制的可行性及优化算法的有效性,以300mm口径的平面压电智能反射面为例进行仿真,分析结果表明,通过压电作动器的控制,可以使反射面的重力变形误差减小97%以上,对于给定数目的作动器,通过模拟退火算法优化,可使其布置在最佳的位置。     

无人机编队的高阶滑模控制方法研究

在未知干扰环境下,对无人机编队飞行的稳定性和精度提出了更高的要求,采用常规滑模控制的编队算法由于"抖振"等问题,不适应高精度和稳定性的要求.针对此问题,提出了一种基于高阶滑模控制的编队飞行控制方法,以三架无人机编队为例,建立了三维空间高阶滑模控制编队控制模型,实现了长机的航路跟踪及僚机的编队队形控制和保持.仿真结果表明...     

基于预测控制方法的UAV编队飞行

针对传统UAV编队控制律显式考虑约束能力不强的不足,基于预测控制方法和虚拟结构控制策略,设计了一种分布式编队控制律。该控制律能显式地考虑各种约束,每个UAV仅需要滚动求解有限时域优化问题得到自身控制输入,提出了一种简单的代价惩罚的方法实现障碍规避,并将优先级策略引入UAV之间避碰中。仿真结果表明,所设计的编队控制律具有...     

基于势函数的护卫队形控制

利用Multi—agent理论研究一类位置一速度模型的护卫队形控制问题。研究的问题中同时考虑队形实现和过程避碰两个因素,基于势函数方法给出了控制器设计．在设计的控制器作用下,编队中的护卫者能按指定队形护卫被护卫者,并保证在运动过程中编队成员间不发生碰撞。     

舰艇编队网络化反导作战指挥体系研究

网络中心作战条件下,传统作战指挥体系已经无法满足作战指挥需要,文章从指挥体制和指挥方式两方面探讨了适应舰艇编队网络中心作战模式的新型指挥体系;基于网络中心作战模式下舰艇编队作战指挥特点,分析了传统指挥体制和指挥方式的不足,提出一种由动态网络型指挥体制和动态分权式指挥方式构成的新指挥体系,并分析了其在指挥可靠性、整体性和时效性方面的优势。     

锐孔气泡形成周期及影响因素的研究

气液反应器和工艺设备中存在大量的气泡,要建立准确预测气泡形成特性的计算模型,就需要详细了解气泡的形成过程,通过CLSVOF数值模拟方法配合实验验证对锐孔气泡形成过程进行了研究。着重讨论了气流量和孔径对气泡形成的影响,并研究了气泡在形成阶段的动力学特性和孔口处气泡的脱离。通过模拟数据和实验数据的分析结果,结合Fr数和Bo数关系图得出：气泡从不发生相互扰动到气泡之间发生合并与破裂的过渡阶段中,气泡锐孔处的进气速度随着孔径的增大而减小。     

基于双向最近邻准则的编队预定目标选择方法

相比传统的预定目标选择方法,基于编队形状的反舰导弹预定目标选择方法是一类性能优越的新方法。其原理是利用导弹飞行期间舰艇编队形状的相对稳定性,并将发射前装订的编队形状和末制导雷达探测到的编队形状表示为2个点集,通过点集匹配实现预定目标选择。提高这类算法性能的关键在于研究合理的点集距离函数。文章提出一种基于共同点的距离函数,研究了其抗干扰的机理,并证明其计算过程可通过双向最近邻准则实现。仿真试验表明该方法性能优于以往的MHD方法。     

基于多目标决策模型的两栖攻击舰编队编成研究

两栖攻击舰编队编成不能照搬固定的模式,而应根据作战任务和威胁等因素进行合理配置。文章分析了两栖攻击舰编队的作战能力,并在此基础上构建了编成模型的指标体系。运用多目标决策理论,建立了两栖攻击舰编队编成的模型,通过计算得到了针对某作战行动中两栖攻击舰编队的最优编成方案,并将所得到的结果与日常性建制的编队编成进行了比较。