[發(fā)明專利]一種基于分布式架構(gòu)的無人機(jī)編隊(duì)協(xié)同控制系統(tǒng)及其方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010561191.4
• 申請(qǐng)日: 2020-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN111831008A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷全祥;黃宇新;陳宣友;易建平;吳強(qiáng);鄭宇;曾旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 航空工業(yè)信息中心
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10;G05D1/08;G05B11/42;G05B13/04;G05B19/418
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32360
• 代理人: 竇賢宇

本發(fā)明公開了一種基于分布式架構(gòu)的無人機(jī)編隊(duì)協(xié)同控制系統(tǒng)及其方法，屬于無人機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。包括：包括：空中端、通信層和地面端；所述空中端包括：多個(gè)無人機(jī)，設(shè)置在各個(gè)無人機(jī)節(jié)點(diǎn)上的單無人機(jī)體系，所述通信層為各無人機(jī)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)信息共享，信息的共享形式，采用設(shè)計(jì)PMP通信模式與Mesh網(wǎng)絡(luò)通信模式的切換算法；所述地面端即為地面控制系統(tǒng)。本發(fā)明利用無線傳輸模塊設(shè)計(jì)了一套以Mesh網(wǎng)絡(luò)為主的分布式通信方案；優(yōu)化了長(zhǎng)機(jī)編隊(duì)飛行的控制律，為解決僚機(jī)在編隊(duì)飛行階段實(shí)時(shí)跟蹤動(dòng)態(tài)點(diǎn)的問題，提出了新的編隊(duì)跟蹤算法，取名為最優(yōu)轉(zhuǎn)彎半徑(OTR)算法，多次仿真和試飛實(shí)驗(yàn)表明其相對(duì)于傳統(tǒng)的PID算法具有更好的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無人機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于分布式架構(gòu)的無人機(jī)編隊(duì)協(xié)同控制系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

無人機(jī)編隊(duì)協(xié)同是近年來頗受業(yè)界關(guān)注的課題之一，無人機(jī)編隊(duì)協(xié)同是人類從生物界鳥類、魚類等高度協(xié)調(diào)一致的群體運(yùn)動(dòng)受到的啟發(fā)而提出了一個(gè)概念。群居性動(dòng)物個(gè)體通過簡(jiǎn)單的生存規(guī)則、局部的信息交互，便形成了適應(yīng)性強(qiáng)、靈活度高的自組織行為。這種自主協(xié)調(diào)、無中心和主動(dòng)性共識(shí)的群體智能特點(diǎn)和無人機(jī)編隊(duì)飛行的協(xié)同控制需求非常一致。生物群體的這種分布式特點(diǎn)非常值得借鑒。

在傳統(tǒng)的無人機(jī)編隊(duì)領(lǐng)域，大多采用地面站集中式的編隊(duì)控制。傳統(tǒng)集中式的控制方式地面站需要大量的信息交互，對(duì)通信鏈路的穩(wěn)定和快速低延時(shí)要求極高。且伴隨著地面站節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常或者通信鏈路斷開而出現(xiàn)整個(gè)編隊(duì)失控的危險(xiǎn)性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，研發(fā)出了一種基于分布式架構(gòu)的無人機(jī)編隊(duì)協(xié)同控制系統(tǒng)及其方法：基于分布式架構(gòu)的編隊(duì)控制方法其鏈路的穩(wěn)定性以及整個(gè)編隊(duì)的抗干擾性和容錯(cuò)性都是集中式不可比擬的，包括設(shè)計(jì)分布式架構(gòu)協(xié)同方法、編隊(duì)控制律設(shè)計(jì)與優(yōu)化、編隊(duì)隊(duì)形變換。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種基于分布式架構(gòu)的無人機(jī)編隊(duì)協(xié)同控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)為多無人機(jī)體系結(jié)構(gòu)，包括：空中端、通信層和地面端；

所述空中端包括：多個(gè)無人機(jī)，設(shè)置在各個(gè)無人機(jī)節(jié)點(diǎn)上的單無人機(jī)體系，所述單無人機(jī)體系包括感知層和控制層，用于獲取所述無人機(jī)的姿態(tài)、速度和位置；

所述通信層為各無人機(jī)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)信息共享，信息的共享形式；

所述地面端即為地面控制系統(tǒng)，包括上傳群體的整體任務(wù)和監(jiān)視群體以及群體中的每個(gè)個(gè)體的遙測(cè)數(shù)據(jù)，地面操作人員根據(jù)各無人機(jī)的飛行狀態(tài)情況，為各無人機(jī)發(fā)送指令，地面端的無線數(shù)傳模塊在編隊(duì)協(xié)同飛行階段不上傳控制指令，僅為監(jiān)視作用；

所述空中端內(nèi)的感知層用于將多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)融合獲得更高頻更精確的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，控制層接地面端解算的軌跡作為期望，結(jié)合感知層得到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，經(jīng)過控制算法處理可以得到四通道的舵量輸出，最后發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

使用如上所述的一種基于分布式架構(gòu)的無人機(jī)編隊(duì)協(xié)同控制系統(tǒng)的控制方法，具體包括以下步驟：

步驟一、無線傳輸模塊的編隊(duì)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)；

步驟二、分布式編隊(duì)?wèi)B(tài)勢(shì)感知模型的研究；

步驟三、無人機(jī)編隊(duì)控制律優(yōu)化與設(shè)計(jì)；

步驟四、無人機(jī)編隊(duì)實(shí)時(shí)在線動(dòng)態(tài)壁障算法。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述步驟一具體如下：