[發(fā)明專(zhuān)利]多無(wú)人機(jī)同時(shí)到達(dá)協(xié)同控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711231746.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108073185A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙明明;李彬;王敏立;陽(yáng)露
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/10
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 南昌新天下專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

本發(fā)明涉及一種多無(wú)人機(jī)同時(shí)到達(dá)協(xié)同控制方法，屬于飛行試驗(yàn)、無(wú)人機(jī)以及協(xié)同控制技術(shù)領(lǐng)域。其內(nèi)容包括僅依靠局部信息交互的分散化控制結(jié)構(gòu)和基于一致性算法的分散化控制策略。根據(jù)路徑規(guī)劃和速度控制的不同特點(diǎn)將二者結(jié)合起來(lái)，利用它們的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)來(lái)應(yīng)對(duì)路徑誤差和突發(fā)威脅等不利因素的影響。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)多無(wú)人機(jī)同時(shí)到達(dá),提高控制策略的靈活性、魯棒性和可靠性。提高整的多無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)效能，使得整個(gè)多無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)大系統(tǒng)在戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮更大的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多無(wú)人機(jī)同時(shí)到達(dá)協(xié)同控制方法，屬于飛行試驗(yàn)、無(wú)人機(jī)以及協(xié)同控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)前UCAV協(xié)同任務(wù)控制研究的兩個(gè)主要特點(diǎn)有：

(1)分布式控制成為一個(gè)重要的發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)

多UCAV系統(tǒng)的控制方式主要分為集中式控制和分布式控制。集中式控制經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究和充分發(fā)展，取得了大量的研究成果，但近年來(lái)隨著分布式控制技術(shù)的快速發(fā)展及其在解決動(dòng)態(tài)、不確定性問(wèn)題上的優(yōu)勢(shì)，以及在UCAV自主能力不斷提高的趨勢(shì)下，分布式控制逐漸成為多UCAV協(xié)同任務(wù)控制的一個(gè)重要發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)。

(2)采用分層遞階結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐層求解是有效手段

由于多UCAV協(xié)同任務(wù)控制問(wèn)題的高度復(fù)雜性，無(wú)論是集中式控制還是分布式控制，都需要建立相應(yīng)的層次化控制結(jié)構(gòu)，將問(wèn)題分解為不同層次的子問(wèn)題，在各個(gè)層次逐層求解以降低問(wèn)題難度。

多無(wú)人機(jī)協(xié)同控制可以分解為協(xié)同目標(biāo)分配、協(xié)同路徑規(guī)劃、可行軌跡生成、漸近軌跡跟蹤等多個(gè)子問(wèn)題。多無(wú)人機(jī)協(xié)同路徑規(guī)劃,是指在考慮協(xié)同約束的情況下為多架無(wú)人機(jī)規(guī)劃路徑,使它們能以最小的代價(jià)合作完成任務(wù)。與無(wú)人機(jī)單機(jī)路徑規(guī)劃相同,多無(wú)人機(jī)協(xié)同路徑規(guī)劃也要為每一架無(wú)人機(jī)規(guī)劃出滿(mǎn)足約束條件的可行飛行路徑,而不同之處則主要是每一架無(wú)人機(jī)的路徑對(duì)其自身而言不一定是最優(yōu)的。

在任務(wù)開(kāi)始前，首先會(huì)根據(jù)一定的作戰(zhàn)原則將作戰(zhàn)任務(wù)可以分解為一系列能夠由UCAV執(zhí)行的任務(wù)。任務(wù)分解后得到的任務(wù)包括不同的類(lèi)型，如目標(biāo)確認(rèn)、攻擊、毀傷評(píng)估等，即使是同一類(lèi)型的任務(wù)也分布在不同的地理位置并具有不同的時(shí)間要求。參與作戰(zhàn)的UCAV往往具有不同的用途，同一用途的UCAV也可能包括不同的型號(hào)。多UCAV任務(wù)分配就是研究如何將正確的任務(wù)在正確的時(shí)間分配給正確的UCAV，使UCAV協(xié)同完成任務(wù)后的整體作戰(zhàn)效能最大。此領(lǐng)域的研究包括兩方面內(nèi)容：一是任務(wù)分配問(wèn)題建模，二是任務(wù)分配問(wèn)題求解。

(1)多UCAV任務(wù)分配問(wèn)題建模

對(duì)于特定背景下的復(fù)雜問(wèn)題求解，有效的解決思路是將問(wèn)題轉(zhuǎn)換或分解成一個(gè)或幾個(gè)基本問(wèn)題，再利用與基本問(wèn)題相關(guān)的成熟理論和方法求解。在對(duì)多UCAV任務(wù)分配問(wèn)題的研究中，研究人員已經(jīng)提出了多種基于經(jīng)典問(wèn)題的任務(wù)分配模型，主要包括多旅行商問(wèn)題模型、車(chē)輛路由問(wèn)題模型、混合整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃模型、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)流優(yōu)化模型、多處理器資源分配模型等。將研究的問(wèn)題抽象為經(jīng)典問(wèn)題的理論模型后，為問(wèn)題求解提供了基本的模型框架，不過(guò)UCAV任務(wù)分配具有更高的復(fù)雜性，有更多的準(zhǔn)則需要考慮，這些特殊要求可以以約束條件的形式添加到模型中，例如時(shí)間窗約束、優(yōu)先級(jí)約束、UCAV能力約束等。將研究問(wèn)題轉(zhuǎn)換為經(jīng)典問(wèn)題后，也使得應(yīng)用商業(yè)軟件進(jìn)行求解成為可能，可以將UCAV任務(wù)分配問(wèn)題建模為MILP問(wèn)題后，直接采用商業(yè)軟件CPLEX進(jìn)行求解。

(2)多UCAV任務(wù)分配問(wèn)題求解

建立了多UCAV任務(wù)分配問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型后，便可以采用各種優(yōu)化方法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解。由于多UCAV任務(wù)分配問(wèn)題在理論和實(shí)踐上的重要性，人們研究和探索多種優(yōu)化求解算法，其發(fā)展經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從單一到多元的過(guò)程。

①集中式控制中的求解方法