[發明專利]無人直升機編隊控制方法及控制系統

有效

• 申請號: 201711009257.3
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107608385B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 甄子洋;許玥;廖智麟;黃一敏
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 楊楠

1.一種無人直升機編隊控制方法，其特征在于，以給定的長機飛行指令作為狀態反饋輸出跟蹤的模型參考自適應飛控系統的輸入，從而得到長機的飛行控制機構的控制輸入量，并利用所得到的控制輸入量對長機的飛行控制機構進行控制；同時，根據長機的實際飛行狀態和僚機的實際飛行狀態，計算出僚機相對于長機的相對位置誤差，然后將所述相對位置誤差輸入編隊保持控制器中，得到僚機的飛行指令；接著以僚機的飛行指令作為狀態反饋輸出跟蹤的模型參考自適應飛控系統的輸入，從而得到僚機的飛行控制機構的控制輸入量，并利用所得到的控制輸入量對僚機的飛行控制機構進行控制；

所述編隊保持控制器的表達式具體如下：

u_x＝u_L*cos(ψ_e)+k_xe_x

u_y＝u_L*sin(ψ_e)+k_ye_y

其中，u_wc,ψ_wc分別為給僚機沿x軸方向的飛行速度指令和航向角指令，u_L為長機沿x軸方向的飛行速度，ψ_e＝ψ_L-ψ_W為長機與僚機的航向誤差，e_x,e_y為長機、僚機之間的相對位置誤差，k_x,k_y為編隊保持控制器參數；

所述狀態反饋輸出跟蹤的模型參考自適應飛控系統使用以下參考模型：

其中，Δu_m(t),ΔH_m(t),Δψ_m(t)為參考模型輸出，Δu_c(t),ΔH_c(t),Δψ_c(t)為參考模型輸入，Δu_c(t)為沿x軸方向速度指令信號，ΔH_c(t)為高度指令信號，Δψ_c(t)為偏航角指令信號，p₁～p₅是配置的穩定極點，s是復變量；

所述狀態反饋輸出跟蹤的模型參考自適應飛控系統使用以下標稱控制器：

其中，是標稱控制器參數，Δx為狀態量,Δr為參考輸入；

所述狀態反饋輸出跟蹤的模型參考自適應飛控系統使用以下自適應控制律：

自適應更新參數為：

式中，Δx為狀態量，Δr為參考輸入，Δu為控制器輸入，和K₂(t)為控制器參數，自適應更新參數Θ(t)為標稱控制器參數的趨近律；

所述自適應控制律包括自適應控制參數函數和誤差更新函數，其中，自適應控制參數函數為：

誤差更新函數為：

其中，輔助變量定義如下：

f(s)是穩定的多項式，h(s)＝1/f(s)，且h(s)ξ_m(s)為真矩陣，ξ_m(s)為h(s)的關聯矩陣；

ω(t)＝[Δx^T(t),Δr^T(t)]^T為新的狀態量函數；

ζ(t)＝h(s)[ω](t)為自適應更新函數中間變量；

ξ(t)＝Θ^T(t)ζ(t)-h(s)[Θ^Tω](t)為自適應更新函數中間變量；

ε(t)＝K_ph(s)[Δu-Θ^*Tω](t)+Ψ(t)ξ(t)為估計誤差，K_p為h(s)的高頻增益矩陣；

為歸一化函數；

S_P∈R^M×M為可調自適應增益矩陣，使得Γ＝Γ^T＞0為可調自適應增益矩陣。

2.一種無人直升機編隊控制系統，其特征在于，包括：

狀態反饋輸出跟蹤的模型參考自適應飛控系統，用于以給定的長機飛行指令作為輸入，輸出長機的飛行控制機構的控制輸入量；以及，以僚機的飛行指令作為輸入，輸出僚機的飛行控制機構的控制輸入量；

相對位置誤差計算單元，用于根據長機的實際飛行狀態和僚機的實際飛行狀態，計算出僚機相對于長機的相對位置誤差；

編隊保持控制器，用于以相對位置誤差計算單元所輸出的相對位置誤差作為輸入，輸出僚機的飛行指令；

所述編隊保持控制器的表達式具體如下：

u_x＝u_L*cos(ψ_e)+k_xe_x

u_y＝u_L*sin(ψ_e)+k_ye_y

其中，u_wc,ψ_wc分別為給僚機沿x軸方向的飛行速度指令和航向角指令，u_L為長機沿x軸方向的飛行速度，ψ_e＝ψ_L-ψ_W為長機與僚機的航向誤差，e_x,e_y為長機、僚機之間的相對位置誤差，k_x,k_y為編隊保持控制器參數；

所述狀態反饋輸出跟蹤的模型參考自適應飛控系統使用以下參考模型：

其中，Δu_m(t),ΔH_m(t),Δψ_m(t)為參考模型輸出，Δu_c(t),ΔH_c(t),Δψ_c(t)為參考模型輸入，Δu_c(t)為沿x軸方向速度指令信號，ΔH_c(t)為高度指令信號，Δψ_c(t)為偏航角指令信號，p₁～p₅是配置的穩定極點，s是復變量；

所述狀態反饋輸出跟蹤的模型參考自適應飛控系統使用以下標稱控制器：

其中，是標稱控制器參數，Δx為狀態量,Δr為參考輸入；

所述狀態反饋輸出跟蹤的模型參考自適應飛控系統使用以下自適應控制律：

自適應更新參數為：

式中，Δx為狀態量,Δr為參考輸入,Δu為控制器輸入,和K₂(t)為控制器參數，自適應更新參數Θ(t)為標稱控制器參數的趨近律；

所述自適應控制律包括自適應控制參數函數和誤差更新函數，其中，自適應控制參數函數為：

誤差更新函數為：

其中，輔助變量定義如下：

f(s)是穩定的多項式，h(s)＝1/f(s)，且h(s)ξ_m(s)為真矩陣，ξ_m(s)為h(s)的關聯矩陣；

ω(t)＝[Δx^T(t),Δr^T(t)]^T為新的狀態量函數；

ζ(t)＝h(s)[ω](t)為自適應更新函數中間變量；

ξ(t)＝Θ^T(t)ζ(t)-h(s)[Θ^Tω](t)為自適應更新函數中間變量；

ε(t)＝K_ph(s)[Δu-Θ^*Tω](t)+Ψ(t)ξ(t)為估計誤差，K_p為h(s)的高頻增益矩陣；

為歸一化函數；

S_P∈R^M×M為可調自適應增益矩陣，使得Γ＝Γ^T＞0為可調自適應增益矩陣。