[發明專利]一種用于無人機編隊同時到達目標的分布式控制方法

有效

• 申請號: 201310626233.8
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103592949A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 陳小平;李同泉
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05D1/12
• 分類號: G05D1/12;G05B13/04
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術領域

本發明涉及無人機自動控制技術，具體的說是涉及一種用于無人機編隊同時到達目標的分布式控制方法。

背景技術

多機同時到達問題，即多無人機不同區域起飛同時到達同一目標位置，也稱同時集結(Simul-taneous?Rendezvous)。多架無人機在執行任務時常常需要同時到達某一相同的目標位置，例如從不同機場起飛的多架無人機同時攻擊某個目標，或是在某一位置集結編隊等等。

多無人機同時到達是無人機協同控制技術的重要研究方向,通例如從不同機場起飛的多架無人機同時攻擊某個目標，或是在某一位置集結編隊等。常采用兩種方式：一是路徑規劃,通過增加較短航路的長度使每架無人機的航程大致相等；二是速度控制,通過調節無人機的飛行速度使航程較大的無人機采取較大的速度，而航程較小的無人機采取較小的速度。

早期的研究以路徑規劃方式為主,一旦規劃完成各無人機的飛行速度也就確定下來,軌跡控制也比較容易實現。例如《Coordinated?target?assignment?and?intercept?for?unmanned?air?vehicles》（Beard?R?W,McLain?T?W,Goodrich?M?A,et?al.IEEE?Transactions?on?Robotics?and?Automation,2002,18(6):911-922）中提到的基于協調變量和協調函數的協同控制方法,并成功應用于多無人機同時到達控制問題。該方法能得到全局最優解,但它本質上還是集中式控制方法,在計算協調變量時必須取得所有無人機的協調函數信息,且過于依賴路徑規劃,當部分無人機受突發威脅影響時必須重新進行協同路徑規劃。而如今多采用速度控制的方式，通過平均估計算法估算無人機的剩余飛行時間平均值，進而計算出無人機當前應當調整的速度值，依靠無人機改變自身速度，實現同時到達。《Distributed?average?tracking?of?multiple?time-varying?reference?signals?with?bounded?derivatives》（Fei?Chen,Yongcan?Cao,and?Wei?Ren）一文中提供了一種非線性平均估計算法，并應用于多信號平局軌跡跟蹤上。非線性平均估計算法收斂效果稍好，但其收斂曲線不平滑，在實際應用中難以實現。

發明內容

本發明所要解決的，就是針對上述用于無人機同時到達的算法存在的問題，提出了一種根據線性平均估計算法的用于無人機編隊同時到達目標的分布式控制方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種用于無人機編隊同時到達目標的分布式控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

a.獲取當前每個無人機距離目標的剩余飛行時間；

b.根據所有無人機距離目標的剩余飛行時間估算無人機同時剩余飛行時間；

c.每個無人機根據自身的實際剩余路程和同時剩余飛行時間調整自身飛行速度；

d.判斷是否到達目標，若否，則回到步驟a，若是，則結束。

具體的，步驟b所述估算無人機同時剩余飛行時間為通過線性平均估計算法估算，具體為：

假設無人機剩余飛行時間為u_i(t)，同時剩余同時飛行時間為T_i(t)，則T_i(t)為u_i(t)在有限時間里的收斂值，設中間變量其中，i為無人機編號，n為無人機的數目，Ω_i為可相互通信無人機的集合，α為放大增益，h為用來控制u_i(t)的收斂程度變量值。

具體的，步驟b還包括以下步驟：

設無人機同時到達目標所需的一致時間為T_j(t)，則剩余同時飛行時間T_i(t)趨近于通過李雅普諾夫穩定性求取|T_j(t)-T_i(t)|的收斂范圍，確定影響線性平均估計算法收斂時間和收斂范圍的因素，具體為：

選取李雅普諾夫函數V，李雅普諾夫穩定性可知，在時，上述算法是穩定的，根據公式可得設|u_i⁺(t)|≤β，由計算得出收斂范圍為：根據收斂范圍可得T_i(t)收斂范圍與h值成正比，與α值成反比，根據公式可得收斂速度與α值成正比。

本發明的有益效果為，在不影響收斂效果的基礎上，增強了用于無人機同時到達控制方法的實際應用性，具有很好的靈活性、魯棒性。