本發(fā)明涉及一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，屬于制導(dǎo)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、旋翼無(wú)人機(jī)控制問(wèn)題通?；谕ㄐ艑?shí)現(xiàn)編隊(duì)控制，在受到外界攻擊或者處于電磁干擾環(huán)境中，將對(duì)無(wú)人機(jī)編隊(duì)控制效果造成嚴(yán)重打擊。

2、因此，有必要研究一種在無(wú)通信條件下實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)編隊(duì)控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明人進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)出一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，包括以下步驟：

2、s1、除領(lǐng)航無(wú)人機(jī)外，在其余每個(gè)無(wú)人機(jī)中設(shè)置控制器；

3、s2、采用拓?fù)鋱D對(duì)不同無(wú)人機(jī)進(jìn)行編隊(duì)，使得集群中任一無(wú)人機(jī)能夠通過(guò)至少一條鏈路與領(lǐng)航無(wú)人機(jī)連接；

4、s3、除領(lǐng)航無(wú)人機(jī)外，其余無(wú)人機(jī)通過(guò)控制器對(duì)與其鏈路連接的無(wú)人機(jī)進(jìn)行跟蹤，從而實(shí)現(xiàn)集群對(duì)領(lǐng)航無(wú)人機(jī)的編隊(duì)跟蹤。

5、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，s1中，所述控制器包括推力控制與力矩控制。所述推力控制部分可以表示為：

6、ti＝mi‖uci‖

7、

8、

9、其中，ti表示第i個(gè)無(wú)人機(jī)所需推力，g為重力加速度，mi為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的質(zhì)量，ri為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的旋轉(zhuǎn)矩陣，rci為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的控制旋轉(zhuǎn)矩陣，uci表示第i個(gè)無(wú)人機(jī)的控制輸入，ui表示第i個(gè)無(wú)人機(jī)的推力控制量，q為正定矩陣，k為反饋增益矩陣；β為正常數(shù)，為自適應(yīng)耦合增益，ξi表示一致性誤差向量，表示一致性誤差估計(jì)值，b[03×3,3×3]t。

10、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，第i個(gè)無(wú)人機(jī)所需推力ti基于無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)獲得，第i個(gè)無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型表示為

11、

12、

13、其中，其中為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的位置，和為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的速度，g為重力加速度，mi為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的質(zhì)量,ti為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用推力,ri為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的旋轉(zhuǎn)矩陣,為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的角速度,為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的慣性矩陣，為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的控制力矩，rci為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的控制旋轉(zhuǎn)矩陣。

14、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在推力控制中，所述第i個(gè)無(wú)人機(jī)推力控制量ui表示為：

15、

16、其中，g為重力加速度，mi為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的質(zhì)量,ti為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用推力,ri為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的旋轉(zhuǎn)矩陣,rci為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的控制旋轉(zhuǎn)矩陣，uci表示第i個(gè)無(wú)人機(jī)的控制輸入。

17、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)狀態(tài)觀測(cè)器，使用無(wú)人機(jī)的相對(duì)狀態(tài)測(cè)量信息估計(jì)一致性誤差向量ξi，獲得一致性誤差估計(jì)值使用一致性誤差估計(jì)值設(shè)計(jì)控制器，從而避免對(duì)鄰接無(wú)人機(jī)絕對(duì)狀態(tài)信息的使用。

18、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述狀態(tài)觀測(cè)器表示為：

19、

20、其中e＝b[(cb)tcb]-1(cb)t，g＝i+ec，f為反饋增益陣且滿足f(c-i)＝0，a、b、c為常數(shù)矩陣，i表示單位陣，oi是過(guò)程中間量，im表示m*m的單位陣，j表示不同的無(wú)人機(jī)，n表示無(wú)人機(jī)集群中無(wú)人機(jī)的總數(shù)量，aij表示無(wú)人機(jī)i和無(wú)人機(jī)j的鄰接狀態(tài)，δij表示第i個(gè)無(wú)人機(jī)和第j個(gè)無(wú)人機(jī)之間的期望偏差，所述期望偏差包括位置偏差和速度偏差。

21、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)高階滑膜微分器對(duì)uci及其導(dǎo)數(shù)進(jìn)行估計(jì)，獲得控制角速度ωci及ωci導(dǎo)數(shù)，進(jìn)而獲得控制器的控制力矩τi。

22、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)高階滑膜微分器對(duì)uci及其導(dǎo)數(shù)形式進(jìn)行估計(jì)的過(guò)程可以表示為：

23、

24、

25、

26、其中，下標(biāo)k＝x,y,z，表示不同的方向，即u＝ux,uy,uz]t；為對(duì)uci的估計(jì)值；為對(duì)的估計(jì)值；為對(duì)的估計(jì)值；λ0,λ1,λ2為正常數(shù)。

27、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，s1中，所述力矩控制部分可以表示為：

28、

29、ηi＝ωei+kεεi；

30、

31、其中，τi表示第i個(gè)無(wú)人機(jī)的控制力矩，kε和kη為正常數(shù)，ηi、為中間變量；

32、ωi為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的角速度矢量，ji為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的慣性矩陣；ωei為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的誤差角速度,rei為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的誤差旋轉(zhuǎn)矩陣,i3為三維單位陣，tr()表示矩陣的跡，ωci為第i個(gè)無(wú)人機(jī)的控制角速度。

33、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，對(duì)姿態(tài)控制部分中控制角速度及其導(dǎo)數(shù)進(jìn)行估計(jì)，將估計(jì)結(jié)果作為下一時(shí)刻飛行器姿態(tài)控制參數(shù)。

34、本發(fā)明所具有的有益效果包括：

35、(1)本發(fā)明基于主動(dòng)測(cè)量的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)編隊(duì)控制效果，基于觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)僅依賴相對(duì)信息測(cè)量估計(jì)系統(tǒng)狀態(tài)量，基于自適應(yīng)分布式控制器實(shí)現(xiàn)編隊(duì)控制效果；

36、(2)針對(duì)電磁復(fù)雜環(huán)境或存在通信干擾的環(huán)境下，通過(guò)主動(dòng)測(cè)量的方式進(jìn)行無(wú)人機(jī)編隊(duì)控制，提高了多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的編隊(duì)控制性能。

技術(shù)特征：

1.一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，其特征在于，

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，其特征在于，

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，包括以下步驟：除領(lǐng)航無(wú)人機(jī)外，在其余每個(gè)無(wú)人機(jī)中設(shè)置控制器；采用拓?fù)鋱D對(duì)不同無(wú)人機(jī)進(jìn)行編隊(duì)，使得集群中任一無(wú)人機(jī)能夠通過(guò)至少一條鏈路與領(lǐng)航無(wú)人機(jī)連接；除領(lǐng)航無(wú)人機(jī)外，其余無(wú)人機(jī)通過(guò)控制器對(duì)與其鏈路連接的無(wú)人機(jī)進(jìn)行跟蹤，從而實(shí)現(xiàn)集群對(duì)領(lǐng)航無(wú)人機(jī)的編隊(duì)跟蹤。本發(fā)明公開的基于相對(duì)信息的多無(wú)人機(jī)群體分布式編隊(duì)控制方法，針對(duì)電磁復(fù)雜環(huán)境或存在通信干擾的環(huán)境下，通過(guò)主動(dòng)測(cè)量的方式進(jìn)行無(wú)人機(jī)編隊(duì)控制，提高了多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的編隊(duì)控制性能。

技術(shù)研發(fā)人員：王佳楠,李凱丹,夏克偉,王春彥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)長(zhǎng)三角研究院（嘉興）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17