[發(fā)明專利]一種仿原鴿個(gè)體屬性智能行為的無人機(jī)集群協(xié)同控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110779558.4
• 申請(qǐng)日: 2021-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN113359852B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏晨;申燕凱;段海濱;鄧亦敏;周銳;吳江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種仿原鴿個(gè)體屬性智能行為的無人機(jī)集群協(xié)同控制方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

步驟一：原鴿個(gè)體屬性建模

首先，定義原鴿群的兩種系統(tǒng)狀態(tài)，分別為：平等主義狀態(tài)和層級(jí)主義狀態(tài)；然后，從交互模式、貢獻(xiàn)特性、社會(huì)地位、運(yùn)動(dòng)特性四個(gè)方面來描述原鴿的個(gè)體屬性；

步驟二：原鴿個(gè)體交互機(jī)制建模

建立三種原鴿交互機(jī)制模型，分別是：基于固定交互半徑的交互模型、基于固定鄰居數(shù)目的交互模型以及基于視覺導(dǎo)引的固定鄰居數(shù)目的交互模型；

步驟三：原鴿個(gè)體貢獻(xiàn)建模

從原鴿系統(tǒng)狀態(tài)出發(fā)，建立原鴿個(gè)體貢獻(xiàn)矩陣模型，以描述原鴿個(gè)體之間復(fù)雜行為和決策影響作用強(qiáng)度；所述的原鴿個(gè)體貢獻(xiàn)模型結(jié)合了之前定義的原鴿群平等主義和層級(jí)主義兩種狀態(tài)，即：在平等主義狀態(tài)下，原鴿個(gè)體對(duì)集群行為和決策的影響和貢獻(xiàn)無差異；相反在層級(jí)主義狀態(tài)下，原鴿個(gè)體對(duì)集群行為和決策的影響和貢獻(xiàn)存在明顯；

步驟四：原鴿個(gè)體社會(huì)關(guān)系建模

受原鴿層級(jí)結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，通過裁剪信息冗余領(lǐng)導(dǎo)-跟隨關(guān)系節(jié)點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)領(lǐng)導(dǎo)-跟隨關(guān)系下的層級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

步驟五：原鴿個(gè)體運(yùn)動(dòng)特性建模

在遵循基本吸引、排斥和速度匹配三原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合之前定義的原鴿群系統(tǒng)狀態(tài)、原鴿個(gè)體交互機(jī)制模型、原鴿個(gè)體貢獻(xiàn)模型、原鴿個(gè)體社會(huì)關(guān)系模型，建立離散化的原鴿個(gè)體運(yùn)動(dòng)特性模型；

步驟六：無人機(jī)動(dòng)力學(xué)建模

對(duì)無人機(jī)6自由度全狀態(tài)變量的非線性模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到以[T_i,L_i,φ_i]為控制變量輸入，以[x_i,y_i,h_i,v_i,γ_i,χ_i]為狀態(tài)變量的簡(jiǎn)化的無人機(jī)非線性模型；

步驟七：仿原鴿個(gè)體屬性智能行為的無人機(jī)集群協(xié)同控制模型及輸出

仿原鴿個(gè)體屬性智能行為的無人機(jī)集群協(xié)同控制模型包括：仿原鴿個(gè)體屬性控制器、線性化預(yù)處理、解耦控制器、無人機(jī)動(dòng)力學(xué)模型、無人機(jī)狀態(tài)觀測(cè)器以及鄰居無人機(jī)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿原鴿個(gè)體屬性智能行為的無人機(jī)集群協(xié)同控制方法，其特征在于：所述的原鴿群的兩種系統(tǒng)狀態(tài)定義如下：

原鴿個(gè)體屬性集合定義如下：

PS＝{CM,IA,SR,MC} (2)

其中，SS,PS,CM,IA,SR,MC分別表示原鴿群狀態(tài)、原鴿個(gè)體屬性集合、交互模式、個(gè)體貢獻(xiàn)、社會(huì)地位、運(yùn)動(dòng)特性的縮寫。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿原鴿個(gè)體屬性智能行為的無人機(jī)集群協(xié)同控制方法，其特征在于：所述的原鴿個(gè)體貢獻(xiàn)矩陣，如下：

C_i＝(c_ij)_1×N,(c_ij＞0,i,j＝1,2,...,N) (8)

其中，N表示集群規(guī)模，當(dāng)原鴿個(gè)體貢獻(xiàn)無差異時(shí)，集群系統(tǒng)處于平等主義狀態(tài)，其貢獻(xiàn)值均為q；當(dāng)原鴿個(gè)體貢獻(xiàn)存在明顯差異時(shí)，集群系統(tǒng)處于層級(jí)主義狀態(tài)，其貢獻(xiàn)值記為q_i，并且不是所有的貢獻(xiàn)值均相等。