[發明專利]一種無人機集群有限時間仿射編隊飛行控制方法

有效

• 申請號: 202110504818.7
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113311859B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 段海濱;陳琳;魏晨;鄧亦敏;李衛琪
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種無人機集群有限時間仿射編隊飛行控制方法，其特征在于：該方法步驟如下：

步驟一：初始化

在三維空間中，隨機生成n≥4架無人機的初始飛行狀態，包括空間位置p_i＝[x_i,y_i,z_i]^T、空速V_i、航向角ψ_i和高度變化率h_i，其中下標i表示無人機的編號；在無人機集群的飛行環境中放置n_o個邊界光滑的障礙物，初始化最大仿真時間T_max和采樣時間T_s；

步驟二：確定無人機集群的名義編隊構型，并根據無人機集群的名義編隊構型選擇領航無人機；

步驟三：確定無人機集群的通信拓撲，并基于該通信拓撲和名義編隊構型，求解無人機集群的應力矩陣；

步驟四：計算領航無人機與環境中的障礙物間的避障勢函數；

步驟五：生成領航無人機的期望位置和期望速度

對于無人機集群中的領航無人機i∈V_l，生成領航無人機i在該時刻的期望位置向量期望速度向量和期望速度向量的一階導數

步驟六：計算領航無人機的有限時間飛行控制律；

步驟七：更新領航無人機的飛行狀態

將自動駕駛儀控制指令代入領航無人機i的動力學模型中，然后更新領航無人機i的飛行狀態，得到下一時刻無人機i的位置p_i＝[x_i,y_i,z_i]^T，速度V_i，航向ψ_i和高度變化率h_i；

步驟八：計算跟隨無人機的有限時間飛行控制律；

步驟九：更新跟隨無人機的飛行狀態

將由步驟八計算得到的自動駕駛儀控制指令代入跟隨無人機j的動力學模型中，然后更新跟隨無人機j的飛行狀態，得到下一時刻無人機j的位置p_j＝[x_j,y_j,z_j]^T，速度V_j，航向ψ_j和高度變化率h_j；

步驟十：判斷是否停止迭代

仿真迭代次數t＝t+T_s；若t大于最大仿真時間T_max，則仿真結束，進入步驟十一；否則，返回步驟四；

步驟十一：輸出無人機集群在受限環境中的仿射編隊飛行控制結果。

2.根據權利要求1所述的一種無人機集群有限時間仿射編隊飛行控制方法，其特征在于：步驟二所述選擇領航無人機，具體過程如下：

根據無人機集群的任務需求，確定無人機集群的名義編隊構型p為：

其中，名義編隊構型為無人機集群系統在無擾動的理想環境中需要保持的編隊構型；此外，名義編隊構型的增廣矩陣需滿足

將使得名義編隊構型的增廣矩陣行線性無關的4架無人機作為領航無人機，剩余的n-4架無人機作為跟隨無人機。