[發(fā)明專利]基于群集智能的多無人機(jī)協(xié)同區(qū)域巡視控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811298212.7
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109375645B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦家虎;王帥;陳宇航;林奕爽;鄭景文
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 李坤

1.一種基于群集智能的多無人機(jī)協(xié)同區(qū)域巡視控制方法，使N架無人機(jī)在各自的目標(biāo)位置做圓周運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的協(xié)同覆蓋巡視，且達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，N架所述無人機(jī)進(jìn)入同步監(jiān)視模式或平衡監(jiān)視模式，N≥2，包括：

步驟A：對巡視區(qū)域分割，控制N架無人機(jī)飛往各自指定位置；

步驟B：建立目標(biāo)方程，使該目標(biāo)方程取得極小值時(shí)，N架所述無人機(jī)的相位達(dá)到期望的相位分布；

步驟C：確定該目標(biāo)方程在求取極小值過程中的下降方向和步長，并根據(jù)期望的相位分布，確定N架所述無人機(jī)的控制率；

步驟D：基于下降方向與步長，迭代計(jì)算所述控制率，并將所述控制率發(fā)送至N架所述無人機(jī)；

步驟E：重復(fù)步驟C至步驟D，直至終止協(xié)同巡視模式；

其中，所述步驟B中，所述目標(biāo)方程如下式所示：

其中，θ＝[θ₁，...，θ_N]^T，θ的每一個(gè)元素是每個(gè)所述無人機(jī)的相位角，當(dāng)?shù)竭_(dá)其惟一的極大值點(diǎn)時(shí)，N架所述無人機(jī)的相位角相同；當(dāng)?shù)竭_(dá)其惟一極小值點(diǎn)時(shí)，N架所述無人機(jī)的相位平衡。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于群集智能的多無人機(jī)協(xié)同區(qū)域巡視控制方法，所述步驟C中，基于BFGS方法，確定該目標(biāo)方程在求取極小值過程中的下降方向。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于群集智能的多無人機(jī)協(xié)同區(qū)域巡視控制方法，所述步驟C中，該目標(biāo)方程在求取極小值過程中的下降方向如下式所示：

其中，k表示第k次采集時(shí)刻。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于群集智能的多無人機(jī)協(xié)同區(qū)域巡視控制方法，所述步驟C中，通過線性搜索算法確定合適的步長。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于群集智能的多無人機(jī)協(xié)同區(qū)域巡視控制方法，通過線性搜索算法確定合適的步長，包括：

確定a₁∈(0，1)，α∈(0，1)，令j＝0；

迭代j值，令j＝j(luò)+1，直至f(x_k+α^jd_k)≤f(x_k)+a₁α^jg^T(x_k)d_k；

迭代結(jié)束，令α_k＝α^j。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于群集智能的多無人機(jī)協(xié)同區(qū)域巡視控制方法，所述步驟C中：

同步監(jiān)視模式下的控制率如下式所示：

平衡監(jiān)視模式下的控制率如下式所示：

其中，ω₀＝[ω₁，...，ω_N]^T，用于設(shè)定N架所述無人機(jī)的角速度。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于群集智能的多無人機(jī)協(xié)同區(qū)域巡視控制方法，所述步驟D包括：

步驟D1：算法初始化，包括：獲取N架所述無人機(jī)的初始相位、設(shè)定巡航速度、期望角速度ω₀以及對稱正定矩陣B_k初始值B₀＝I_n；

步驟D2：在迭代計(jì)算過程中根據(jù)下式更新B_k：

其中，s_k＝x_k+1-x_k，y_k＝g_k+1-g_k，B_k是一個(gè)n×n對稱正定矩陣；

步驟D3：確保B_k+1的正定性，并避免其接近奇異值。