[發(fā)明專利]基于事件觸發(fā)估計(jì)信息傳輸?shù)娘w行編隊(duì)有限時(shí)間自適應(yīng)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110492427.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-06
• 公開（公告）號(hào): CN113220022B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許斌;壽瑩鑫;馬波;唐勇;倪靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué);中國航空工業(yè)集團(tuán)公司成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 西安凱多思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

1.一種基于事件觸發(fā)估計(jì)信息傳輸?shù)娘w行編隊(duì)有限時(shí)間自適應(yīng)控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：采用無人機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型：

式中，x,y,z為位置，為橫滾角，θ為俯仰角，ψ為偏航角，m為質(zhì)量，g為重力加速度，I_x,I_y,I_z為慣性矩陣，l為無人機(jī)質(zhì)心到旋翼中心的距離，J_r為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω_r＝ω₂+ω₄-ω₁-ω₃，ω_i為第i個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，i＝1,2,3,4；U₁、U₂、U₃、U₄分別為垂直、滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航運(yùn)動(dòng)的控制輸入，表達(dá)式如下：

其中，b為升力系數(shù)，d為力矩系數(shù)；

步驟2：將無人機(jī)動(dòng)力學(xué)模型解耦得到位置子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型和姿態(tài)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；定義x_j,1＝z_j，第j個(gè)無人機(jī)高度子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型可寫為：

式中，τ_j,1＝U_j,1為控制輸入，為由式(1)得到的未知光滑函數(shù)，由式(1)得到的已知函數(shù)，j為編隊(duì)中無人機(jī)的編號(hào)，j＝1,…N，N為飛行編隊(duì)中無人機(jī)數(shù)量；

定義x_j,3＝x_j，x_j,4＝y(tǒng)_j，假設(shè)平衡位置附近的姿態(tài)角較小；第j個(gè)無人機(jī)水平運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型可以簡化為：

第j個(gè)無人機(jī)姿態(tài)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)可寫為：

式中，τ_j,2＝[U_j,2,U_j,3,U_j,4]為控制輸入，為由式(1)得到的未知光滑函數(shù)，由式(1)得到的已知函數(shù)；

步驟3：設(shè)計(jì)無人機(jī)的位置和航向角期望指令為：

x_j,d＝x_d+cosψ_dl_xj-sinψ_dl_yj

y_j,d＝y(tǒng)_d+sinψ_dl_xj+cosψ_dl_yj

z_j,d＝z_d+l_zj

ψ_j,d＝ψ_d+l_ψj

式中，x_j,d,y_j,d,z_j,d為第j個(gè)無人機(jī)的位置期望指令，ψ_j,d為第j個(gè)無人機(jī)的偏航角期望指令，x_d,y_d,z_d為虛擬領(lǐng)航無人機(jī)的位置期望指令，ψ_d為虛擬領(lǐng)航無人機(jī)的偏航角期望指令，l_xj,l_yj,l_zj為第j個(gè)無人機(jī)和虛擬領(lǐng)航無人機(jī)的相對(duì)位置，l_ψj為第j個(gè)無人機(jī)和虛擬領(lǐng)航無人機(jī)的相對(duì)偏航角；

步驟4：針對(duì)高度子系統(tǒng)(3)，定義高度跟蹤誤差為e_j,1＝x_j,1-z_j,d；設(shè)計(jì)虛擬控制量為：

式中，k_j,1＞0，c_j,1＞0，κ_j,1＞0，c_j,2＞0，κ_j,2＞0和q_j＞1為設(shè)計(jì)參數(shù)，為高度期望指令的導(dǎo)數(shù)，ν_j,1在后續(xù)設(shè)計(jì)中給出；

設(shè)計(jì)一階濾波器為：

式中，τ_j,1＞0為濾波器參數(shù)，

設(shè)計(jì)補(bǔ)償信號(hào)z_j,1為：

式中，z_j,2在后續(xù)設(shè)計(jì)中給出；

定義補(bǔ)償后跟蹤誤差為：

ν_j,1＝e_j,1-z_j,1 (9)

定義跟蹤誤差為設(shè)計(jì)實(shí)際控制輸入τ_j,1為：

式中，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)權(quán)重的估計(jì)值，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基函數(shù)向量，k_j,2＞0，c_j,3＞0和c_j,4＞0為設(shè)計(jì)參數(shù)，v_j,2在后續(xù)設(shè)計(jì)中給出；

設(shè)計(jì)補(bǔ)償信號(hào)z_j,2為：

定義補(bǔ)償后跟蹤誤差為：

v_j,2＝e_j,2-z_j,2 (12)

定義預(yù)測誤差為：

式中，

設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)更新律為：

式中，為第j個(gè)無人機(jī)在的權(quán)重估計(jì)值，為第k個(gè)無人機(jī)在的權(quán)重估計(jì)值，為通信拓?fù)鋱D論中的連接系數(shù)，第k個(gè)無人機(jī)為第j個(gè)無人機(jī)的鄰居節(jié)點(diǎn)，Π_j為與第j個(gè)無人機(jī)有拓?fù)溥B接的鄰居，為第j個(gè)無人機(jī)和第k個(gè)無人機(jī)的估計(jì)信息觸發(fā)傳輸?shù)乃查g，λ_j,1＞0，k_j,ω1＞0，δ_j,f1＞0和β₁＞0為設(shè)計(jì)參數(shù)；

定義事件觸發(fā)誤差為：

設(shè)計(jì)觸發(fā)函數(shù)為：

式中，μ₀＞0，μ₁≥0和α＞0為設(shè)計(jì)參數(shù)；

當(dāng)觸發(fā)函數(shù)滿足事件觸發(fā)條件時(shí)，無人機(jī)將傳輸估計(jì)信息給其鄰居無人機(jī)，設(shè)計(jì)事件觸發(fā)條件為：

H_j,1(t,e_j,w1)＞0 (17)

步驟5：針對(duì)水平運(yùn)動(dòng)(4)，設(shè)計(jì)PD控制器計(jì)算預(yù)期加速度為：

式中，k_j,3＞0，k_j,4＞0，k_j,5＞0和k_j,6＞0為設(shè)計(jì)參數(shù)，為水平位置期望指令的導(dǎo)數(shù)；

獲取期望橫滾角和俯仰角為：

步驟6：針對(duì)姿態(tài)子系統(tǒng)(5)，定義姿態(tài)角跟蹤誤差為e_j,X1＝X_j,1-X_j,d，其中為姿態(tài)角期望指令；設(shè)計(jì)虛擬控制量為：

式中，k_j,7＞0，d_j,1＞0和d_j,2＞0為設(shè)計(jì)參數(shù)，為姿態(tài)角期望指令的導(dǎo)數(shù)，v_j,3在后續(xù)設(shè)計(jì)中給出；

設(shè)計(jì)一階濾波器為：

式中，τ_j,2＞0為濾波器參數(shù)，

設(shè)計(jì)補(bǔ)償信號(hào)z_j,3為：

式中，z_j,4在后續(xù)設(shè)計(jì)中給出；

定義補(bǔ)償后跟蹤誤差為：

v_j,3＝e_j,X1-z_j,3 (23)

定義跟蹤誤差為設(shè)計(jì)實(shí)際控制輸入τ_j,2為：

式中，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)權(quán)重的估計(jì)值，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基函數(shù)向量，k_j,8＞0，d_j,3＞0和d_j,4＞0為設(shè)計(jì)參數(shù)，ν_j,4在后續(xù)設(shè)計(jì)中給出；

設(shè)計(jì)補(bǔ)償信號(hào)z_j,4為：

定義補(bǔ)償后跟蹤誤差為：

ν_j,4＝e_j,X2-z_j,4 (26)

定義預(yù)測誤差為：

式中，

設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)更新律為：

式中，為第j個(gè)無人機(jī)在的權(quán)重估計(jì)值，為第k個(gè)無人機(jī)在的權(quán)重估計(jì)值，λ_j,2＞0，k_j,ω2＞0，δ_j,f2＞0和β₂＞0為設(shè)計(jì)參數(shù)；

定義事件觸發(fā)誤差為：

設(shè)計(jì)觸發(fā)函數(shù)為：

H_j,2(t,e_j,w2)＝||e_j,w2||²-(μ₀+μ₁e^-αt) (30)

當(dāng)觸發(fā)函數(shù)滿足事件觸發(fā)條件時(shí)，無人機(jī)將傳輸估計(jì)信息給其鄰居無人機(jī)，設(shè)計(jì)事件觸發(fā)條件為：

H_j,2(t,e_j,w2)＞0 (31)

步驟7：據(jù)得到的垂直、滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航運(yùn)動(dòng)的控制輸入U(xiǎn)_j,1,U_j,2,U_j,3,U_j,4，返回到無人機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，以飛行編隊(duì)形式對(duì)期望指令x_d,y_d,z_d進(jìn)行跟蹤控制。