[發(fā)明專利]一種多無人機分布式隊形控制的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610039700.0
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105511494B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設計）人: 林志赟;程鵬;沈洪梁
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明涉及一種多無人機分布式隊形控制的方法，在預設區(qū)域內(nèi)部署n架無人機，n為n≥3的整數(shù)；無人機能夠主動測量鄰居無人機的相對位置信息；對n架無人機設定期望隊形，確認測量關系和通信關系；對第1架無人機和第2架無人機進行隊形控制，設定第一類速度控制器；同時對第3～n架無人機進行隊形控制，設定第二類速度控制器，通過主動測量期望隊形中鄰居無人機的相對位置信息，進行速度控制使得彼此的運動距離與期望隊形設定的距離一致。本方法通過分布式控制無人機進行編隊，同時可以調(diào)整隊形的尺度避開障礙物。

技術領域

本發(fā)明涉及無人機編隊控制領域，具體涉及一種多無人機分布式隊形控制的方法。

背景技術

無人機是一種擁有動力裝置的無人駕駛飛行系統(tǒng)。它具有廣泛的應用，既可以用于航拍，交通巡邏等民用領域，也可以用于偵查、監(jiān)控等軍事領域。在一些危險復雜或者人難以進入的環(huán)境中，需要進行搜索或者搜救活動，比如災后緊急救援，雪地搜救現(xiàn)場等，一般只能通過直升機來進行勘察任務，成本巨大且非常危險，無人機的作用就顯得尤為突出。

目前在災后搜救、安防掃描等眾多應用中，大都采用單個無人機進行地毯式搜索的方法。然而，受限于單個無人機續(xù)航能力的不足，如果要進行大面積地毯式搜索，不僅容易漏掉目標，而且效率還十分低下。不僅如此，如果在大面積環(huán)境中還有一些障礙物的話，更是難以處理。

因此，單個無人機很難滿足大面積搜索或者搜救活動的需求，如果任務緊急，那情況將更加嚴重。通過多個無人機編隊，協(xié)作搜索來避免大面積應用場景中單個無人機不高效的問題，可以使得整個搜索過程高效準確。

目前無人機編隊控制方法大都以集中式方法進行編隊控制，集中式的控制方法往往需要建立覆蓋所有節(jié)點的星形通信網(wǎng)絡。中國發(fā)明專利(CN 102591358 A)公開一種多無人機的動態(tài)編隊控制方法，屬于飛行控制技術領域，包括步驟一：隊形保持方法；步驟二：避障方法；步驟三：基于行為的編隊過程，其中基于行為的編隊過程分別為行為分解與控制實現(xiàn)。該專利引入了基于行為的編隊控制方法，降低了對編隊無線數(shù)據(jù)鏈更新率的要求，增強了無人機群編隊的避障能力；同時引入了虛擬結(jié)構(gòu)作為參考。但是，現(xiàn)有技術中沒有存在通過及時調(diào)整隊形的尺度，并且采用分布式控制進行編對的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種多無人機分布式隊形控制的方法，通過分布式控制無人機進行編隊，同時可以調(diào)整隊形的尺度避開障礙物。

本發(fā)明為解決技術問題采取如下技術方案：

一種多無人機分布式隊形控制的方法，包括如下步驟：

1)在預設區(qū)域內(nèi)部署n架無人機，n為n≥3的整數(shù)；所述的無人機能夠主動測量鄰居無人機的相對位置信息；

2)對所述的n架無人機設定期望隊形，所述的期望隊形表示為：

ξ＝[ξ₁,ξ₂,…,ξ_n]^T，

其中，ξ為期望隊形的矩陣表示，ξ₁為第1架無人機的位置，ξ₂為第2架無人機的位置，ξ_n為第n架無人機的位置，T為矩陣的轉(zhuǎn)置；

3)根據(jù)步驟2)中設定的期望隊形，確定每架無人機在期望隊形中與之測量和通信的鄰居無人機，得到期望隊形中無人機的測量關系和通信關系；

4)對第1架無人機和第2架無人機進行隊形控制，所述的第1架無人機和第2架無人機設定第一類速度控制器，通過主動測量對方的相對位置信息，進行速度控制使得彼此的運動距離與期望隊形設定的距離一致；

5)對第3～n架無人機同時進行隊形控制，所述的第3～n架無人機設定第二類速度控制器，通過主動測量步驟3)中確定的期望隊形中鄰居無人機的相對位置信息，進行速度控制使得彼此的隊形動態(tài)的達到期望隊形。