[發(fā)明專利]帶有指定性能的無人機編隊自適應執(zhí)行器故障補償方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010169068.8
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111240365A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于濱;崔少華;劉家銘;周慧欣;郝夢妍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

隨著集成科技的發(fā)展，無人機可以以較小的體積執(zhí)行復雜的任務，并且靈活度高。其可以實現(xiàn)物流配送，老人監(jiān)管等職責，且其在近地區(qū)域飛行，因此，可以較大程度的緩解道路擁堵。無人機的將是緩解交通擁堵的一個有利武器。實現(xiàn)無人機任務執(zhí)行的首要任務是，無人機的姿態(tài)控制。并且隨著網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，多無人機之間的協(xié)同控制，得以實現(xiàn)。為降低單個無人機的任務執(zhí)行壓力，本項目提出了帶有指定性能的無人機編隊自適應執(zhí)行器故障補償方法。該方法的合理性被證明。該方法不僅考慮了無人機執(zhí)行器故障后，編隊的控制問題，并且無人機間相互碰撞以及損壞的問題也得以控制和解決。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機編隊控制方法，特別是涉及了無人機執(zhí)行器故障后，編隊的控制問題，并且無人機間相互碰撞以及損壞的問題也得以控制和解決。

背景技術(shù)

隨著集成科技的發(fā)展，無人機可以以較小的體積執(zhí)行復雜的任務，并且靈活度高。近地區(qū)域由于其不影響道路使用，也不影響飛機等高空運行的飛行器。因此，以近地區(qū)域為主要運行空間的無人機可以得到較好的能力施展。在中國，北上廣特大城市，由于人口密集度高，使得道路資源變得十分緊缺。無人機可以實現(xiàn)物流配送，老人監(jiān)管等職責，且其在近地區(qū)域飛行，因此，可以較大程度的緩解道路擁堵。從而，無人機將是緩解交通擁堵的一個有利武器。而實現(xiàn)無人機的任務執(zhí)行，首要任務為，無人機的姿態(tài)控制。并且隨著網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，多無人機之間的協(xié)同控制，得以實現(xiàn)。多無人機的協(xié)同控制不僅可以降低單個無人機的性能要求，并且可以加快任務的執(zhí)行。進一步，可以增加任務實現(xiàn)的可能性。然而，當無人機執(zhí)行器出現(xiàn)故障后，由于其部分狀態(tài)不能完全被控制，因此，完全不考慮執(zhí)行器故障后，編隊內(nèi)無人機之間的相互干擾和碰撞有可能使得任務執(zhí)行失敗，甚至出現(xiàn)無人機間相互碰撞以及損壞。但是，帶有指定性能的無人機編隊自適應執(zhí)行器故障補償方法，尚未有成熟的研究，急需填補空缺。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為解決目前無人機編隊控制中的以下四點不足。(1)現(xiàn)有無人機編隊控制方案對整個編隊網(wǎng)路信息拓撲結(jié)構(gòu)有較強的要求與依賴；(2)無人機編隊內(nèi)執(zhí)行器出現(xiàn)故障，編隊內(nèi)的相互碰撞和損失尚未考慮至控制器設(shè)計中；(3)無人機控制器設(shè)計嚴重依賴于環(huán)境信息；(4)無人機編隊實現(xiàn)準確的位置以及速度雙跟蹤控制方式尚不成熟。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述設(shè)計要求，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：(1)定義線性帶有故障的執(zhí)行器模型；(2)定義第i輛無人機狀態(tài)方程；(3)定義第i輛無人機的控制器設(shè)計目標；(4)無人機編隊穩(wěn)定性證明。

有益效果：本發(fā)明具有以下有點：(1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)被應用逼近未知干擾，以使控制器可以應用于多種場景；(2)執(zhí)行器故障被考慮，且兩個無人機之間的間隔被嚴格限制，從而避免碰撞；(3)無人機編隊中，每輛無人機僅利用其前無人機的信息，而無須整個編隊的拓撲結(jié)構(gòu)；(4)無人機在立體三維空間中的位置以及速度追蹤被同時考慮設(shè)計。

具體實施方式

本發(fā)明的步驟如下：

1)定義線性帶有故障的執(zhí)行器模型

在上式中，為體現(xiàn)無人機在立體三維空間中運行，u_c，i，p_i，α_i均屬于R³。u_c，i，p_i，α_i分別表示無人機真實控制信號，失效因子以及偏離故障。并且0≤p_i≤1，T_i∈R表示執(zhí)行器故障的發(fā)生時間。若p_i＝1，且α_i＝0，則第i輛無人機，不存在執(zhí)行器故障，即性能完好。若p_i＝0，則表示無人機的執(zhí)行器完全失效。因此，上述模型可以表示無人機執(zhí)行器存在的所有情形。

2)定義第i輛無人機狀態(tài)方程