[發(fā)明專利]基于模糊模型的無(wú)人機(jī)集群控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110604418.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113359824A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張靚靚;吳皓;潘鵬;王海泉;周金勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務(wù)所 33233
• 代理人: 陸永強(qiáng)

1.一種基于模糊模型的無(wú)人機(jī)集群控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，建立四旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)模型；

S2，設(shè)計(jì)控制器；

S3，集群控制；

其中，所述建立四旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)模型，為假設(shè)無(wú)人機(jī)的四個(gè)旋翼是剛性的并能利用剛體力學(xué)求出動(dòng)力學(xué)方程，利用歐拉-拉格朗日方法得到動(dòng)力學(xué)模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立四旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)模型中，位置系統(tǒng)方程式為：

姿態(tài)系統(tǒng)方程式為：

其中，ψ為偏航角，θ為俯仰角，φ滾轉(zhuǎn)角，為對(duì)地的x方向的加速度，為對(duì)地的y方向的加速度，為對(duì)地的z方向的加速度，η＝(ψ,θ,φ)^T是姿態(tài)角矢量，歐拉角，歐拉角加速度，τ為時(shí)間，u為推力，m為四旋翼無(wú)人機(jī)質(zhì)量，g為重力加速度，地轉(zhuǎn)偏向力，其中I＝diag(I_x,I_y,I_z)為四旋翼無(wú)人機(jī)在x軸，y軸，z軸中的慣性矩陣；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立四旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)模型中，令四旋翼無(wú)人機(jī)的四個(gè)旋翼對(duì)稱，慣性矩陣為diag(I_m,I_m,2I_m)，I_m為單位陣；飛行過(guò)程中限制翻滾角，sinφ＝0，cosφ＝1；

簡(jiǎn)化位置系統(tǒng)方程式，可得：

簡(jiǎn)化姿態(tài)系統(tǒng)方程式：

為偏航角速度，為俯仰角速度，滾轉(zhuǎn)角速度；

簡(jiǎn)化的姿態(tài)模型，即姿態(tài)系統(tǒng)方程式為：

其中，A*為系統(tǒng)的系數(shù)矩陣，B*為控制器的系數(shù)矩陣。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述設(shè)計(jì)控制器，具體為通過(guò)引入推力u和虛擬控制矢量η_d控制四旋翼無(wú)人機(jī)的加速度；然后為姿態(tài)系統(tǒng)建立基于T-S模糊模型的漸近穩(wěn)定反饋控制器。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述集群控制，包括令有n架無(wú)人機(jī)，每架無(wú)人機(jī)的動(dòng)態(tài)方程為：

其中，q_i和p_i分別為位置矢量和速度矢量，u_i為每架無(wú)人機(jī)的控制輸入量；

采用勢(shì)能函數(shù)V(q)：

其中，||q_j-q_i||_σ表示四旋翼無(wú)人機(jī)之間的三維空間中距離，ψ_α是光滑的具有吸引或排斥的函數(shù)，φ_α(s)＝ρ_h(s/||r+l_d||_σ)φ(s-||d+l_d||_σ)，

其中，φ_α為智能體收到的虛擬力，z為受力的最大距離，從式(21)可知，勢(shì)能在當(dāng)相鄰的兩個(gè)智能體之間距離||q_j-q_i||≤||l||_σ時(shí)，它們之間的排斥力大，當(dāng)無(wú)人機(jī)之間距離為||l+d||_σ時(shí)，勢(shì)能最小，當(dāng)距離||q_j-q_i||≥||l+r||_σ時(shí)，引力固定，其中l(wèi)為四旋翼無(wú)人機(jī)直徑，r為傳感器感知半徑，d為預(yù)設(shè)距離。