[發(fā)明專利]基于隨機時延描述數(shù)據(jù)丟失的多無人機編隊控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710549709.0
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107357308A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 季蕾;樊春霞;喬滟
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08;G05B17/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 朱楨榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛行控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是基于隨機時延描述數(shù)據(jù)丟失的多無人機編隊控制方法。

背景技術(shù)

對于無人機的研究，許多國家都投入了大量的精力，技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但是單兵作戰(zhàn)的一架無人機的性能受到了很大的制約。一方面，單架無人機工作量達(dá)不到任務(wù)的要求，在面對大范圍、高負(fù)荷的任務(wù)時，單架無人機需要花費大量的時間才能完成任務(wù)，這會錯過解決問題的最佳時機。另一方面，一旦無人機受到外部干擾或者自身發(fā)生故障，任務(wù)就無法完成，從而造成重大損失，于是就提出了無人機編隊的概念。

多無人機編隊控制具體包含了隊形保持、集結(jié)解散、隊形變換以及近距離防撞等問題，要實現(xiàn)多無人機編隊控制必有信息交互，當(dāng)前信息交互主要有三種控制方法。集中式控制：每一架無人機都將自身信息發(fā)送給編隊中的所有成員。分散式控制：每一架無人機都與編隊中的約定點保持固定的相對關(guān)系，不需要信息交互。分布式控制：每一架無人機都將自身信息發(fā)送給編隊中的相鄰無人機。

同時在信息交互的過程中設(shè)計者還需要考慮到通信時延和數(shù)據(jù)丟失的情況，當(dāng)前有許多設(shè)計方案并不考慮信息交互過程中的偏差，直接假定為理想情況，這不符合實際情況的需要。對于垂直起降無人機存在數(shù)據(jù)丟失的情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供基于隨機時延描述數(shù)據(jù)丟失的多無人機編隊控制方法，完善了垂直起降無人機編隊控制通信過程中沒有充分考慮時延和數(shù)據(jù)丟失的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明提出的基于隨機時延描述數(shù)據(jù)丟失的多無人機編隊控制方法，包括以下步驟：

步驟A、建立n個垂直起降無人機的動力學(xué)模型，動力學(xué)模型包括平移動力學(xué)模型和旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型；平移動力學(xué)模型如公式(1)所示，旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型如公式(2)所示；

其中，i∈Ν：＝{1,...,n}，n為編隊中無人機個數(shù)；p_i為第i架無人機的重心位置，為p_i的一階微分，p_i∈R³，R³為三維空間；v_i為第i架無人機的線速度，為v_i的一階微分，v_i∈R³；單位四元數(shù)Q_i為第i架無人機的姿態(tài)，q_i為單位四元數(shù)的向量部分，q_i∈R³，η_i為第i架無人機的姿態(tài)單位四元數(shù)的標(biāo)量部分，為Q_i的一階微分；ω_i為第i架無人機的參考角速度，為ω_i的一階微分，F(xiàn)_i為第i架無人機的中間控制輸入；m_i為第i架無人機的質(zhì)量；Λ_i為作用于第i架無人機的推力，Λ_i∈R³；R(Q_i)表示與Q_i相關(guān)的旋轉(zhuǎn)矩陣，R(Q_i)＝(η_i²-q_i^Tq_i)I₃+2q_iq_i^T-2η_iS(q_i)，I₃為單位三階矩陣，q_i＝(q_i1,q_i2,q_i3)，q_i1、q_i2和q_i3分別為第i架無人機的姿態(tài)單位四元數(shù)向量部分的第一、二、三個元素；R(Q_di)表示與目標(biāo)姿態(tài)Q_di相關(guān)的旋轉(zhuǎn)矩陣，R(Q_di)＝(η_di²-q_di^Tq_di)I₃+2q_diq_di^T-2η_diS(q_di)，q_di＝(q_di1,q_di2,q_di3)，q_di1、q_di2和q_di3分別為第i架無人機的目標(biāo)姿態(tài)單位四元數(shù)向量部分的第一、二、三個元素，η_di為第i架無人機的目標(biāo)姿態(tài)單位四元數(shù)的標(biāo)量部分，T(Q_i)表示與Q_i相關(guān)的函數(shù)，J_i為第i架無人機的機體相對坐標(biāo)系的對稱正定常數(shù)慣性矩陣；Γ_i為作用于第i架無人機的輸入力矩，Γ_i∈R³；ω_i＝(ω_i1,ω_i2,ω_i3)^T，ω_i1、ω_i2和ω_i3分別為第i架無人機的參考角速度的第一、二、三個元素，上標(biāo)T表示矩陣轉(zhuǎn)置；