[發(fā)明專利]一種基于ZigBee的四旋翼飛行器編隊(duì)飛行控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011047552.X
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112214034B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 冒澤慧;吳瀟;呂迅竑;姜斌
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 蘇一幟

1.一種基于ZigBee的四旋翼飛行器編隊(duì)飛行控制方法，其特征在于，所述方法用于一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：至少2個(gè)四旋翼飛行器和地面站，每個(gè)四旋翼飛行器和所述地面站都安裝有ZigBee通信模塊用于通信；

所述方法包括：

步驟S10、從地面站設(shè)定一個(gè)四旋翼飛行器作為領(lǐng)航者，機(jī)群中的其余四旋翼飛行器作為跟隨者，其中，對于每架跟隨者，設(shè)定相對領(lǐng)航者的跟隨距離和角度；

步驟S20、跟隨者獲取領(lǐng)航者的位置和速度信息，生成期望航跡；

步驟S30、跟隨者根據(jù)所述期望航跡，完成軌跡跟隨；

步驟S40、隊(duì)形切換過程中，跟隨者獲取其它跟隨者的位置和速度信息，調(diào)整高度避免碰撞；

步驟S50、四旋翼飛行器間、四旋翼飛行器與地面站通過基于ZigBee的通信方法進(jìn)行信息交互；

所述步驟S20，包括：

對于每架跟隨者，通過ZigBee通信方法獲取領(lǐng)航者的位置和速度信息，以及從地面站獲得相對領(lǐng)航者的跟隨距離λ_d和跟隨角度

對于跟隨者：根據(jù)所述領(lǐng)航者的位置和速度信息和設(shè)定跟隨信息，通過控制動(dòng)態(tài)誤差，從而生成跟隨者的期望航跡；

其中，動(dòng)態(tài)誤差模型包括：

x(k+1)＝F(x(k))+G(x(k))u(k)

其中，x(k)＝[e_x e_y e_ψ]^T，u(k)＝[V_Fx V_Fy ω_F]^T，

存在L的參數(shù)符號對應(yīng)領(lǐng)航者，存在F的參數(shù)符號對應(yīng)跟隨者，其中：V_Fx、V_Fy表示跟隨者在地理坐標(biāo)系X軸、Y軸上的速度分量，ω_F表示跟隨者的偏航角速度，ψ_F表示跟隨者的偏航角，ψ_L表示領(lǐng)航者的偏航角，V_Lx、V_Ly表示領(lǐng)航者在地理坐標(biāo)系X軸、Y軸上的速度分量，ω_L表示領(lǐng)航者的偏航角速度，e_x、e_y分別代表實(shí)際跟隨距離λ在領(lǐng)航者機(jī)體坐標(biāo)系下X軸、Y軸與設(shè)定跟隨距離λ_d的誤差，e_ψ表示跟隨者與領(lǐng)航者的偏航角之差；

采用基于組合趨近律的滑?？刂品椒ㄟM(jìn)行動(dòng)態(tài)誤差控制，進(jìn)而生成期望軌跡，包括：

采用基于指數(shù)趨近律和變速趨近律的組合趨近律的滑?？刂品椒刂苿?dòng)態(tài)誤差，其中，切換函數(shù)的趨近律包括：

其中，s(k)＝Cx(k)表示切換函數(shù)，C表示滑模面參數(shù)，c₁,c₂,c₃是正數(shù)；sat(s(k))表示在某區(qū)間內(nèi)的飽和函數(shù)，表示系統(tǒng)狀態(tài)范數(shù)，k₀表示趨近律切換邊界，T表示采樣周期，ε₁表示基于指數(shù)趨近律的飽和函數(shù)的增益參數(shù)，q表示趨近滑模面的速度參數(shù)ε₂表示基于變速趨近律的飽和函數(shù)的增益參數(shù)；

根據(jù)動(dòng)態(tài)誤差模型和所述趨近律，生成用于動(dòng)態(tài)誤差模型的控制律，包括：

根據(jù)所述動(dòng)態(tài)誤差，生成跟隨者的期望軌跡，包括：

X_Fd＝λ_x cosψ_L-λ_y sinψ_L+X_L

Y_Fd＝λ_x sinψ_L+λ_y cosψ_L+Y_L

其中，表示設(shè)定距離λ_d在領(lǐng)航者機(jī)體坐標(biāo)系X軸、Y軸上的距離，X_L、Y_L為領(lǐng)航者在地理坐標(biāo)系X軸、Y軸上的位置，X_Fd、Y_Fd為跟隨者在地理坐標(biāo)系X軸、Y軸的期望位置。