[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 |
| 地址： | 050000 河北*** | 國省代碼： | 河北;13 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 無人機 集群 控制 方法 | ||
技術領域
本發明涉及無人機技術領域，尤其涉及一種無人機集群控制方法。
背景技術
多架無人機(Unmanned Aerial Vehicles，UAVs)彼此協同完成軍事目標打擊、目標跟蹤與偵察等任務可大幅度減少任務執行的時間、提高作戰的效率和成功率。隨著作戰環境的日趨復雜，不僅空間無人機的數量和密度上升，而且強電磁環境易使無人機通信致盲，以及潛在的突發障礙給無人機集群的飛行控制與安全帶來一系列挑戰，已成為一個亟待解決的問題。
無人機集群系統屬于局部感知或通信的分布式體系結構，目前主要的控制方法有：基于局部規則的控制、軟控制、領航跟隨法和人工勢場法。基于局部規則的控制方法最基礎，能實現集群智能的涌現控制，但僅靠它難使集群涌現到期望的控制方向；軟控制是在局部規則的基礎上通過為集群加入一外部可控的個體引導群內其它個體朝著人們期望的方向運動；領航控制法利用集群中信息豐富的個體引導實現集群控制，現有技術中將掌握航跡信息的個體直接設為領導者，沒考慮個體間在無直接通信的實際情況下如何辨識誰是領導者的問題；人工勢場通過構建全局勢場函數引導智能體向勢能降低的方向運動，該方法簡單實用，在避障方面有優勢，但存在局部極值問題。綜上，現有技術中的無人機集群控制方法普遍存在研究情況理想、方法使用各有利弊，存在靈活性不足、控制與避障效果不佳等問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是如何提供一種活性強，一致性好，控制與避障效果顯著的無人機集群運動控制方法。
為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：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；
構建無人機集群群內部成員的加速度控制函數；
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。
進一步的技術方案在于，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：
其中：Pi表示無人機i的空間位置，vi表示速度，ai表示加速度，表示對Pi求一階導數，表示對vi求一階導數。
進一步的技術方案在于，無人機i飛行時存在以下約束：
加速度約束：
其中，Amax為無人機的最大加速度；
速度約束：
其中，Vmax為無人機的最大速度。
進一步的技術方案在于，對無人機集群群內部成員的個體i的質量進行歸一化處理后其運動控制量加速度函數ai表示為：
ai＝γ1·α·fig+γ2·fio+γ3·fij+γ1·(1-α)·fiG (4)
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