[發(fā)明專利]具有領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)編隊(duì)的自抗擾控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110592128.1
• 申請(qǐng)日: 2021-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN113359822B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宗西舉;鄭江濤;葛浩;鄭澤陽(yáng);馬松祥;劉福裕;程新功;王魯浩;彭放;徐航;張永峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強(qiáng)

1.一種具有領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)編隊(duì)的自抗擾控制方法，其特征在于：包括以下過(guò)程：

獲取無(wú)人機(jī)編隊(duì)中各個(gè)無(wú)人機(jī)的速度數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)；

根據(jù)領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)的位置數(shù)據(jù)與速度數(shù)據(jù)，獲取期望的編隊(duì)隊(duì)形；

根據(jù)每臺(tái)無(wú)人機(jī)的位置數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)位置分量擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，得到位置相關(guān)的非線性時(shí)變擾動(dòng)的在線估計(jì)值；

根據(jù)每臺(tái)無(wú)人機(jī)的速度數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)速度分量擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，得到速度相關(guān)的非線性時(shí)變擾動(dòng)的在線估計(jì)值；

根據(jù)期望的編隊(duì)隊(duì)形、位置相關(guān)和速度相關(guān)的非線性時(shí)變擾動(dòng)的在線估計(jì)值以及預(yù)設(shè)擾動(dòng)補(bǔ)償控制器，根據(jù)得到的每臺(tái)無(wú)人機(jī)的控制量進(jìn)行無(wú)人機(jī)控制；

首先利用位移輸出信息xⁱ(t)，構(gòu)造擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，公式如下：

其中，β₁為增益，即是非線性擾動(dòng)的實(shí)時(shí)估計(jì)值，非線性函數(shù)fal(·)選取如下，

其中，sign(·)為符號(hào)函數(shù)，δ為線性段的區(qū)間長(zhǎng)度，α為終端吸引子；

然后利用速度輸出信息vⁱ(t)，構(gòu)造擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，公式如下：

其中，β₂為增益，即是非線性擾動(dòng)的實(shí)時(shí)估計(jì)值；

虛擬控制量保證位移分量對(duì)給定輸入信息的追蹤，同時(shí)補(bǔ)償非線性擾動(dòng)因此設(shè)計(jì)如下：

實(shí)際控制器uⁱ(t)保證速度分量對(duì)虛擬控制量的追蹤，同時(shí)補(bǔ)償非線性擾動(dòng)因此設(shè)計(jì)如下：

R_ref(t)為期望的參考軌跡信息；為虛擬反饋增益；β_u為實(shí)際反饋增益；fal(·,α,δ)為非線性函數(shù)；δ為非線性函數(shù)fal(·,α,δ)中線性化區(qū)間長(zhǎng)度。

2.如權(quán)利要求1所述的具有領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)編隊(duì)的自抗擾控制方法，其特征在于：

根據(jù)獲取的各個(gè)無(wú)人機(jī)的速度數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)，結(jié)合無(wú)人機(jī)位置分量和速度分量相關(guān)的非線性擾動(dòng)，得到考慮非線性時(shí)變擾動(dòng)的連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)合得到的無(wú)人機(jī)控制量，進(jìn)行無(wú)人機(jī)控制。

3.如權(quán)利要求1所述的具有領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)編隊(duì)的自抗擾控制方法，其特征在于：

基于圖論及無(wú)人機(jī)間的通信拓?fù)潢P(guān)系，選取位于根節(jié)點(diǎn)的無(wú)人機(jī)作為領(lǐng)航者，領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎蜞従訜o(wú)人機(jī)廣播自身位置與速度信息，然后基于領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)的位置數(shù)據(jù)與速度數(shù)據(jù)設(shè)定期望的編隊(duì)隊(duì)形。

4.如權(quán)利要求1所述的具有領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)編隊(duì)的自抗擾控制方法，其特征在于：

領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤給定的參考軌跡，同時(shí)基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將自身的位置數(shù)據(jù)與速度數(shù)據(jù)廣播給相鄰節(jié)點(diǎn)的無(wú)人機(jī)，利用一致性算法進(jìn)行無(wú)人機(jī)的編隊(duì)控制。

5.如權(quán)利要求1所述的具有領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)編隊(duì)的自抗擾控制方法，其特征在于：

領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)在控制輸入的作用下，跟蹤給定參考軌跡；

跟隨者無(wú)人機(jī)，依據(jù)有向拓?fù)潢P(guān)系，在控制輸入作用下，在有向拓?fù)渲写嬖谛畔⒘鞯膬蓚€(gè)無(wú)人機(jī)在編隊(duì)隊(duì)形中的期望位置差值矢量在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，且兩個(gè)無(wú)人機(jī)在編隊(duì)隊(duì)形中的期望速度差值矢量在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

6.如權(quán)利要求1所述的具有領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)編隊(duì)的自抗擾控制方法，其特征在于：

位置分量擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器生成虛擬控制量，虛擬控制量保證位移分量對(duì)給定輸入信息的追蹤，同時(shí)補(bǔ)償位置相關(guān)的非線性擾動(dòng)，把虛擬控制量作為速度分量要追蹤的目標(biāo)軌跡；

利用速度分量擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)擾動(dòng)補(bǔ)償控制器，保證速度分量對(duì)虛擬控制量的追蹤，同時(shí)補(bǔ)償速度相關(guān)的非線性擾動(dòng)。

7.如權(quán)利要求1所述的具有領(lǐng)航者無(wú)人機(jī)編隊(duì)的自抗擾控制方法，其特征在于：

擾動(dòng)補(bǔ)償控制器的參數(shù)包括虛擬反饋增益、實(shí)際反饋增益及非線性函數(shù)。