[發明專利]基于事件觸發估計信息傳輸的飛行編隊有限時間自適應控制方法

有效

• 申請號: 202110492427.8
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113220022B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 許斌;壽瑩鑫;馬波;唐勇;倪靜
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;中國航空工業集團公司成都飛機設計研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種基于事件觸發估計信息傳輸的飛行編隊有限時間自適應控制方法，屬于編隊飛行控制領域，針對存在動力學不確定性的多無人機編隊飛行控制，主要關注編隊內部分無人機估計能力不足和提升系統跟蹤控制性能的問題。該方法引入了虛擬領航無人機的協調策略，設定各無人機與領航者的相對位置作為反饋信息，采用反步法和有限時間收斂算法設計控制輸入，按照飛行編隊隊形實現協調軌跡跟蹤。采用神經網絡估計動力學不確定性，采集在線數據構造預測誤差評價估計能力，結合事件觸發條件共享編隊間的估計信息，應用到自適應更新律中，提升多無人機對模型不確定性的估計能力，降低編隊通信壓力，提高飛行控制性能。

技術領域

本發明涉及一種多飛行器跟蹤控制方法，特別是涉及一種基于事件觸發估計信息傳輸的飛行編隊有限時間自適應控制方法，屬于編隊飛行控制領域。

背景技術

針對多無人機協同跟蹤控制，基于虛擬結構的策略整體描述了群體行為并簡化任務描述與分配，能夠取得較高的編隊控制精度?？紤]到無人機系統存在的動力學不確定性和非線性性對編隊飛行跟蹤性能的影響，利用神經網絡逼近能力進行估計的智能控制算法得到了廣泛研究。然而現有的飛行控制需要保證編隊間無人機都具備估計能力，一旦部分無人機無法保證精確估計而控制性能下降，整體飛行編隊將無法保持，研究通信拓撲下的估計信息傳輸具有重要意義。但是若在編隊內持續傳輸通信信息，將增加編隊通信壓力產生過多冗余信息。因此為了提升飛行編隊控制性能，研究基于事件觸發的復合估計策略對編隊飛行安全具有重要意義。

《Composite Learning Finite-Time Control With Application toQuadrotors》(B.Xu，《IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics:Systems》，2018年，第48卷第10期)針對欠驅動無人機設計有限時間神經網絡控制算法，論文研究目標為實現無人機個體對期望軌跡指令的跟蹤?！禖oordinated Path-Following Control fora Group of Underactuated Surface Vessels》(Ghommam J，Mnif F，《IEEE Transactionson Industrial Electronics》，2009年，第56卷第10期)采用虛擬領航目標設計多智能體協同跟蹤控制算法。論文以路徑跟隨器推導編隊內個體的參考路徑，同步協調狀態實現路徑跟蹤。然而該論文所設計的控制算法依賴于模型的動力學特性，難以實現系統的快速穩定控制。

發明內容

要解決的技術問題

面向存在動力學不確定性多無人機的編隊飛行控制，考慮部分無人機存在估計能力弱的情形，本發明提出一種基于事件觸發估計信息傳輸的飛行編隊有限時間自適應控制方法。

技術方案

一種基于事件觸發估計信息傳輸的飛行編隊有限時間自適應控制方法，步驟如下：

步驟1：采用無人機的動力學模型：

式中，x,y,z為位置，為橫滾角，θ為俯仰角，ψ為偏航角，m為質量，g為重力加速度，I_x,I_y,I_z為慣性矩陣，l為無人機質心到旋翼中心的距離，J_r為電機轉動慣量，ω_r＝ω₂+ω₄-ω₁-ω₃，ω_i為第i個電機的轉速，i＝1,2,3,4；U₁,U₂,U₃,U₄分別為垂直、滾轉、俯仰、偏航運動的控制輸入為：

其中，b為升力系數，d為力矩系數；