[發明專利]一種無人機編隊系統的分布式速度傳感器故障診斷方法

有效

• 申請號: 201611165665.3
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106526239B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 周東華;秦利國;何瀟;盧曉
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01P21/02
• 分類號: G01P21/02
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 肖峰

本發明提供了一種無人機編隊系統的分布式速度傳感器故障診斷方法，包括計算通訊拓撲參數；基于通訊拓撲參數、無人機的軌跡和預設條件，得到分布式控制律；基于無人機的閉環動態模型和預設條件，得到分布式故障檢測殘差生成器；基于無人機的閉環動態模型和預設條件，得到分布式故障分離殘差生成器；基于分布式故障檢測殘差生成器的殘差信號和故障檢測閾值，進行故障檢測；基于分布式故障分離殘差生成器的殘差信號和故障分離閾值，進行故障分離。該方法中，每個無人機僅利用自身的閉環動態模型設計分布式故障檢測殘差生成器和分布式故障分離殘差生成器，僅利用鄰居無人機的狀態估計信息進行自身狀態估計的更新，計算負載和通訊負載低。

技術領域

本發明涉及無人機編隊系統領域，具體涉及一種無人機編隊系統的分布式速度傳感器故障診斷方法。

背景技術

近年來，無人機編隊系統在森林防火、地圖測繪和人員搜救等領域中受到越來越多的關注。無人機編隊系統通過無人機之間的協同可以實現單個無人機無法實現的功能或者具有單個無人機無法具有的優良性能。由于無人機之間具有通訊連接，單個無人機的故障會導致整個編隊系統的隊形無法保持，進而影響編隊系統的功能和性能，甚至會發生撞機事故。編隊系統的故障診斷是保證無人機安全編隊飛行的重要技術。

目前無人機編隊系統的故障診斷方法主要分為集中式故障診斷和分布式故障診斷兩種。在集中式故障診斷框架下，故障診斷算法集中在系統的單個無人機或者地面站中，此無人機或者地面站利用所有無人機的信息進行故障診斷。此方法的缺點在于可靠性不高，通訊負載大。在分布式故障診斷框架下，故障診斷算法分布于所有無人機中，每個無人機中的故障診斷算法相同。每個無人機只利用自身和鄰居的信息對自身和鄰居進行故障診斷。此方法通訊負載低，可靠性較高。

在當前的無人機編隊系統的分布式故障診斷方法中，每個無人機需要利用到鄰居無人機的模型或者編隊系統中所有無人機的模型來設計觀測器，使得每個無人機的計算負載較大。其次，每個無人機的觀測器狀態更新需要鄰居無人機的輸入輸出信息或者鄰居無人機對整個系統的狀態估計信息。此策略和集中式故障診斷相比通訊負載有所降低，但是無人機之間的通訊負載仍然較大。

發明內容

本發明針對具有恒偏差速度傳感器故障的無人機編隊系統的分布式故障診斷方法中存在的計算負載和通訊負載高的問題，本發明提供了一種無人機編隊系統的分布式速度傳感器故障診斷方法。

本發明采用以下的技術方案：

一種無人機編隊系統的分布式速度傳感器故障診斷方法，包括以下步驟：

步驟1：針對給定的無人機的通訊拓撲，得到通訊拓撲參數。計算通訊拓撲和拉普拉斯矩陣的特征值。針對由N個無人機組成的編隊系統，為編隊系統的通訊拓撲，其中為通訊拓撲節點，每個通訊拓撲節點代表一個無人機，為通訊拓撲的邊，每條邊代表了一對無人機之間的通訊，令矩陣A_g＝[a_ij]為通訊拓撲的鄰接矩陣，如果(i,j)∈ε，即節點i和節點j之間有通訊，則a_ij＝1，否則a_ij＝0；令矩陣D_g＝[d_ij]為通訊拓撲的度矩陣，度矩陣的非對角線元素為零，對角線元素取值為令矩陣L_g為通訊拓撲的拉普拉斯矩陣，則L_g＝D_g-A_g，令λ₁＜λ₂≤...≤λ_N為L_g的從小到大的N個特征值。

步驟2：基于所述的通訊拓撲參數、給定的無人機的軌跡和預設條件，得到分布式控制律。第i個無人機在空間坐標系x軸方向上的運動學模型如下：