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多无人机监督控制系统的人机动态功能分配研究

作　者: 王阔天
导　师: 沈林成
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 多无人机监督控制动态功能分配自主等级离散事件仿真模型等待时间
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 65次
引　用: 1次
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内容摘要

在多无人机监督控制系统中,操作员在自动化系统的辅助下完成规划、问题求解、意外事件的处理。合理分配操作员和自动化系统的功能即人机功能分配对单个操作员有效控制多架无人机具有十分重要的意义。人机功能分配存在两种方式:静态功能分配和动态功能分配。由于静态功能分配存在着一些问题,如可能产生“人不在回路”的现象,因此需要开展多无人机监督控制系统的人机动态功能分配的研究。本文针对该问题进行了研究,主要完成了以下几个方面的工作:1.在理解多无人机监督控制内涵的基础上,开发了多无人机监督控制仿真系统,为开展人机动态功能分配的研究提供了平台支撑。2.提出了基于模糊逻辑的人机功能动态分配方法。动态功能分配需要解决两个基本问题:系统自主等级的定义和系统自主等级的改变方法。对应地本文定义了多无人机监督控制系统自主等级,提出了基于模糊逻辑的自主等级改变方法。3.建立了多无人机监督控制系统的离散事件仿真模型。分析了多无人机监督控制系统的人机交互属性和事件类型,描述了事件到达过程及服务过程,建立了多无人机监督控制系统的离散事件仿真模型;利用MATLAB提供的SimEvent工具箱,实现了多无人机监督控制系统的离散事件仿真模型,用以支撑动态功能分配对系统性能影响的研究。4.研究了动态功能分配对多无人机监督控制系统性能的影响。引入等待时间的概念,建立了系统性能的评价标准。分别采用人在回路实验和模型仿真两种方法,研究了动态功能分配对系统性能的影响。研究结果表明动态功能分配能够有效缩短系统等待时间,提高系统性能。

全文目录

摘要  10-11
Abstract  11-13
第一章绪论  13-20
  1.1 课题研究背景  13-15
    1.1.1 单操作员多无人机监督控制技术的研究挑战  13-14
    1.1.2 现有系统人机功能分配存在的问题  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-17
    1.2.1 单操作员多无人机监督控制技术研究现状  15-16
    1.2.2 人机功能分配研究现状  16-17
  1.3 论文的主要工作  17-18
  1.4 论文的组织结构  18-20
第二章多无人机监督控制仿真系统设计  20-27
  2.1 引言  20
  2.2 多无人机监督控制的基本内涵  20-22
  2.3 多无人机监督控制仿真系统的功能结构  22-23
  2.4 多无人机监督控制仿真系统的图形用户界面设计  23-26
    2.4.1 主任务设计  23-25
    2.4.2 辅助任务设计  25-26
    2.4.3 决策支持可视化设计  26
  2.5 小结  26-27
第三章基于模糊逻辑的人机功能动态分配方法  27-40
  3.1 引言  27
  3.2 人机动态功能分配理论  27-30
    3.2.1 人与自动化交互等级  27-28
    3.2.2 动态功能分配触发机制  28-29
    3.2.3 决策权限  29-30
  3.3 多无人机监督控制系统自主等级定义  30-31
  3.4 多无人机监督控制系统自主等级改变流程  31-35
    3.4.1 自适应算法的输入  32-33
    3.4.2 自适应算法的流程  33-35
  3.5 基于模糊逻辑的系统自主等级改变方法  35-39
    3.5.1 语言变量及模糊集的确定  35-37
    3.5.2 抽取并构造模糊规则  37-38
    3.5.3 推理过程  38-39
  3.6 小结  39-40
第四章多无人机监督控制系统的离散事件仿真模型  40-58
  4.1 引言  40
  4.2 多无人机监督控制系统人机交互属性  40-44
    4.2.1 UAV 编队结构  40-41
    4.2.2 功能分配和自主等级  41
    4.2.3 任务分配  41
    4.2.4 操作员交互性质  41-44
  4.3 多无人机监督控制系统的离散事件仿真建模  44-50
    4.3.1 事件  44-45
    4.3.2 事件到达过程  45-49
    4.3.3 事件服务过程  49-50
    4.3.4 排队规则  50
  4.4 多无人机监督控制系统的仿真模型与设计变量的映射  50-52
    4.4.1 平台编队结构  50-51
    4.4.2 功能分配和自主等级  51
    4.4.3 任务分配  51
    4.4.4 操作员交互性质  51-52
    4.4.5 环境的不可预知性  52
  4.5 多无人机监督控制系统仿真模型的MATLAB 实现  52-56
    4.5.1 仿真模型中的事件  52-53
    4.5.2 仿真模型的SimEvent 实现  53-56
  4.6 小结  56-58
第五章多无人机监督控制系统的性能研究  58-69
  5.1 引言  58
  5.2 等待时间  58-60
  5.3 基于人在回路实验的系统性能研究  60-64
    5.3.1 实验内容说明  60-61
    5.3.2 系统性能指标的计算  61-62
    5.3.3 实验过程  62
    5.3.4 实验结果与分析  62-64
  5.4 基于仿真模型的系统性能研究  64-68
    5.4.1 离散事件仿真模型的输出  64
    5.4.2 考虑动态功能分配的离散事件仿真模型  64-65
    5.4.3 仿真过程  65-66
    5.4.4 仿真结果与分析  66-68
  5.5 小结  68-69
第六章总结与展望  69-71
  6.1 论文工作总结  69
  6.2 进一步工作展望  69-71
参考文献  71-74
作者在攻读硕士期间撰写的学术论文  74

多无人机监督控制系统的人机动态功能分配研究

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