[發明專利]基于事件觸發的四旋翼無人機一致性編隊控制方法

有效

• 申請號: 202010098006.2
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111273688B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 劉尚;蔣國平;周映江;葛晟宇
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 成立珍

本發明公開了基于事件觸發的四旋翼無人機一致性編隊控制方法，屬于自動駕駛及控制技術領域，該方法包括如下步驟：首先，假設編隊中有n架參數相同的四旋翼無人機(n為大于1的正整數)，對無人機進行受力分析，利用歐拉方程為每個四旋翼無人機建立位置子系統和姿態子系統的數學模型；然后，針對位置子系統，為每個無人機設計基于事件觸發的虛擬控制器，并定義事件函數計算虛擬控制器值的更新時間；最后，將位置子系統的虛擬控制器視為實際控制器的輸入目標，反解出每個無人機的設定姿態，并設計限定時間的姿態控制器，控制姿態角達到設定值。本發明實現了對四旋翼無人機編隊的有效控制，并節約了無人機之間通訊量。

技術領域

本發明屬于自動駕駛及控制技術領域，具體涉及基于事件觸發的四旋翼無人機一致性編隊控制方法。

背景技術

四旋翼無人機具有尺寸小、速度快、可垂直升降、機動性強等優勢，在軍事、農業、消防電力等領域都有很好的應用。多無人機組成編隊協同作業，可彌補單個無人機荷載有限的缺陷，極大提高四旋翼無人機的任務能力。

但傳統一致性編隊控制算法隨著無人機編隊規模增大，無人機間通訊量呈指數上升，亟需一種新的控制算法，節約通訊資源且能實現四旋翼無人機的一致性編隊控制。

相比于傳統周期采樣控制，基于事件觸發的控制更加的靈活且智能，控制信息的傳輸和更新僅在定義的“事件”被觸發之后。

事件觸發算法極大的節約了網絡的帶寬和通訊資源，非常適合用于大規模一致性編隊控制。

因此，本發明公開了一種基于事件觸發的四旋翼無人機一致性編隊控制方法，彌補此方面的空缺。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供基于事件觸發的四旋翼無人機一致性編隊控制方法，針對編隊控制時無人機間通訊量巨大的問題，設計事件觸發控制器控制四旋翼無人機群。

技術方案：為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

基于事件觸發的四旋翼無人機一致性編隊控制方法，包括以下步驟：

步驟1)假設編隊中有n架參數相同的四旋翼無人機，n為大于1的正整數，對無人機進行受力分析，利用歐拉方程為每個四旋翼無人機建立位置子系統和姿態子系統的數學模型；

步驟2)針對位置子系統，為每個無人機設計基于事件觸發的虛擬控制器，并定義事件函數計算虛擬控制器值的更新時間；

步驟3)將位置子系統的虛擬控制器視為實際控制器的輸入目標，反解出每個無人機的設定姿態，并設計限定時間的姿態控制器，控制姿態角達到設定值。

進一步的，步驟1)中，所述的數學模型中，無人機i的位置子系統模型如下：

上式中代數角標i＝1,2,···,n；i表示四旋翼無人機的編號；t是時間變量，單位為秒；三維空間中用x_i(t),y_i(t),z_i(t)描述無人機i的位置信息，單位為米；x_i”(t),y_i”(t),z_i”(t)是位置對時間的二階導數，物理含義是加速度，單位為米每秒的平方；θ_i,ψ_i是θ_i(t),ψ_i(t)的簡寫，分別表示無人機的俯仰、翻滾、偏航三個姿態角，單位為弧度；m表示無人機的質量，單位為千克；g為重力加速度，單位為米每秒的平方；F1_i為無人機i的第一個控制輸入，單位為牛頓。

進一步的，步驟1)中，所述的數學模型中，每個無人機的位置子系統模型如下：