[發明專利]一種無人機編隊的自適應滑模控制方法

有效

• 申請號: 202011333190.0
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112327926B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 錢默抒;張振;仲光華
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 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

本發明公開一種基于神經網絡和干擾觀測器的非線性無人機編隊的自適應滑模控制方法，采用能夠體現其真實性的非線性動力學模型。為使無人機編隊在執行任務時具有良好的跟蹤性能，通過對無人機飛行實際運行情況的分析，并考慮了無人機模型的執行器狀態參數不確定性和外界電磁波干擾對跟蹤性能的不利影響。設計了一種自適應滑模控制器，分別采用徑向基神經網絡逼近和擾動觀測器逼近并補償模型的不確定性和外部干擾的影響。同時保證了所形成的閉環系統在控制器作用下的全局穩定性，通過仿真實驗確定該方法在實際應用中具有一定的優勢。

技術領域

本發明涉及航空無人機控制領域，其具體涉及自適應無人機編隊精確軌跡跟蹤控制的問題。

背景技術

近年來，無人機控制技術已取得顯著的進步，無人機編隊被廣泛應用于各個領域以完成復雜而艱巨的任務。特別是在一些高危工作或軍事應用中發揮著巨大的作用，如山地偵察、電纜巡邏、軍事救援等。因此，完成這些任務均存在一項需要解決的根本問題，即如何最高精度地實現無人機編隊的軌跡跟蹤控制。同時，無人機在復雜環境下編隊運行存在一些系統執行器狀態參數不確定性以及外部干擾(氣流、外部電磁波等)的問題，因而導致控制性能大幅度下降。因此，采取先進控制器設計方法用于解此類問題具有實際意義。

專利CN110286694A發明了一種多領導者的分布式無人機編隊協同控制方法，主要貢獻為提出無人機在通信延遲環境下依舊實現一致的隊形飛行的算法，但針對系統存在不確定項和外部干擾的問題尚未解決。專利CN107807663A發明了一項基于自適應控制的無人機編隊保持控制方法，針對無人機編隊系統，將無人機的非線性模型基于小擾動原理線性化，建立自適應控制系統參考模型，但模型線性處理方法過于理想化，不符合無人機實際運行情況，導致無人機編隊的軌跡跟蹤存在一定偏差，同時也未針對系統不確定性和干擾等因素提出相應的解決辦法。

目前，由于模型不確定性和干擾等對非線性系統的控制性能影響較大，國內外許多學者已經開展了此類問題的深入研究，證實干擾觀測器和神經網絡的結合可有效近似補償不確定項和外部干擾，同時采用滑模控制器可保證系統全局范圍內的穩定性、魯棒性。此外，該方法在基于無人機編隊控制的其他公開資料及文獻未見有詳細報道。

發明內容

鑒于上述現有技術中的不足，本發明提出基于神經網絡和干擾觀測器的無人機編隊自適應滑模控制方法，通過以下步驟組成：

步驟1、建立第i架無人機動力學模型，

其中，i＝1，...，n表示第i架無人機，(x_i，y_i，z_i)表示無人機在三維中三個方向的位移距離，V_i表示飛行速率，γ_i表示飛行航向角，χ_i表示飛行俯仰角。

其中，T_i為發動機推進力，D_i和L_i分別為飛行阻力和飛機升力，m_i為機身質量，g為重力加速度，φ_i傾斜角。

步驟2、將步驟1中的無人機動力學模型轉化為狀態空間方程，同時引入系統的不確定項和干擾，非線性模型可描述為：