[發明專利]無人機集群控制方法

有效

• 申請號: 201710719448.2
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107340784B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 毛瓊;李小民;董海瑞;馬彥恒;王正軍;趙月飛;杜占龍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 石家莊輕拓知識產權代理事務所(普通合伙)13128
• 代理人: 王占華

1.一種無人機集群控制方法，其特征在于包括如下步驟：

通過無人機集群群內部成員的空間位置、速度以及加速度構建無人機集群群內部成員模型；無人機集群是由N個個體組成的分布式系統，每個個體的運動可抽象為：

P·i=viv·i=ai,i=1,2,...N---(1)]]>

其中：P_i表示無人機i的空間位置，v_i表示速度，a_i表示加速度，表示對P_i求一階導數，表示對v_i求一階導數；

無人機飛行時存在以下約束：

加速度約束：

ai=ai||ai||≤AmaxAmaxai||ai||||ai||>Amax---(2)]]>

其中，A_max為無人機的最大加速度；

速度約束：

vi=vi||vi||≤VmaxVmaxvi||vi||||vi||>Vmax---(3)]]>

其中，V_max為無人機的最大速度；

構建無人機集群群內部成員的加速度控制函數；

對無人機集群群內部成員個體i的質量進行歸一化處理后其運動控制量加速度函數a_i表示為：

a_i＝γ₁·α·f_i^g+γ₂·f_i^o+γ₃·f_i^j+γ₁·(1-α)·f_i^G(4)

上式中γ₁·α·f_i^g為目標吸引產生的控制分量，γ₂·f_i^o為規避障礙所需的控制分量，γ₃·f_i^j為群內鄰居無人機j對無人機i產生的群聚作用力，γ₁·(1-α)·f_i^G為無人機個體G領導無人機個體i產生的控制分量；α為無人機個體i接收到航點信息的標志，α＝1表示無人機i能接收航點信息，此時(4)式等號右側的γ₁·(1-α)·f_i^G為0；α＝0則表示無人機i不能接收航點信息，(4)式等號右側的γ₁·α·f_i^g為0，γ₁·(1-α)·f_i^G不為0，個體i將從探測區域內選擇無人機G作為領導者進行跟隨，即接收不到目標航點的情況下把無人機G作為目標航點并朝向它運動；γ₁、γ₂和γ₃為各個控制分量的權重，f_i^g為目標g與無人機i的作用力函數，f_i^o為障礙O與無人機i之間的作用力函數，f_i^j為無人機j與無人機i的作用力函數，f_i^G為無人機i與選定的領導者無人機G之間的作用力；

通過構建的所述加速度控制函數實現對無人機集群群內部成員的群聚運動、朝向目標運動以及規避障礙運動進行控制，所述群聚運動作用力函數f_i^j的構建方法如下：

設無人機個體i通過視覺感知周圍個體的位置和速度，探測距離為d_a；以個體i為中心，d_a為半徑，構成的圓形區域為無人機i的探測區域；鄰域為t時刻落在無人機i的探測區域內的無人機個體集合；該探測區域劃分為三個區域：排斥域一致域和吸引域排斥域Rⁿ空間的點集一致域吸引域其中，d_r為排斥域與一致域的分界距離，d_o為一致域與吸引域的分界距離，0＜d_r＜d_o＜d_a，Rⁿ表示n維實數集，表示無人機i和無人機j之間的距離；

鄰域內的無人機j與無人機i之間的作用力f_i^j表示為：

fij=Σj∈NitFijnij-Σj∈Nitkivj(vi-vj)---(5)]]>

Vij=12kij1(dr+kij2dij+kij2-1)20<dij<dr0dr<dij<dokij3(dij-do)2do<dij<da---(6)]]>

其中，

Fij=kij1(dr+kij2dij+kij2-1)dr+kij2(dij+kij2)20<dij<dr0dr<dij<do-2kij3(dij-do)do<dij<da---(7)]]>

其中：f_i^j由無人機i和無人機j的位置P_i、P_j和速度v_i、v_j決定；決定的方法：表示力的作用方向，為單位方向矢量，F_i^j為該作用力的大小，由無人機i和無人機j的位置P_i、P_j根據(7)式求解；V_i^j為由無人機i和無人機j的位置P_i、P_j產生的勢場，對V_i^j求負梯度得到F_i^j；為對V_i^j求負梯度；由無人機i和無人機j的速度v_i、v_j產生的作用力為式(5)中等號右側的第二項；為無人機i和無人機j之間的斥力強度控制參數、為距離調節參數、為無人機i和無人機j之間的引力強度控制參數，為無人機i和無人機j之間的速度一致性控制參數，和可先給定一初值，然后在系統實驗時再進一步調節。