[發明專利]一種基于中值偏差的多無人機滑模編隊控制方法

在審

• 申請號: 202111084958.X
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113625776A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 李樂寶;葛正
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

本發明公開了一種基于中值偏差的多無人機滑模編隊控制方法，包括建立n架無人機集群的編隊隊形約束條件及帶有不確定性的無人機模型，接著依據編隊隊形約束條件來定義無人機集群的位置跟蹤誤差e_d,i(t)、同步誤差e_i,i+1(t)、中值偏差e_i,m(t)及位置耦合誤差E_i(t)并給出n架無人機集群的編隊控制目標，然后結合位置耦合誤差的滑模面建立n架無人機集群的位置耦合誤差滑模控制器，從而獲得各無人機上電機轉速控制所需的PWM脈寬調制信號，然后發送給各無人機的電子調速器，進而驅動各無人機上的電機轉動，實現n架無人機集群的編隊控制。

技術領域

本發明涉及無人機控制技術領域，尤其涉及一種基于中值偏差的多無人機滑模編隊控制方法。

背景技術

無人機因其成本低、靈活性高、隱蔽性強等優點，在軍事和民用領域得到了廣泛應用，如戰場偵察和監視、農業植保、物流運輸等。而無人機在物品運輸中面臨著很多局限性，如其攜帶載荷有限，飛行距離受限、復雜環境下運輸時效低等。無人機的協同編隊可有效解決如上難題。采用編隊運輸可以依據運輸物品的重量和體積自由匹配無人機的數量和隊形，做到精確配載。因此，研究多無人機的協同編隊運輸是十分必要的。

無人機編隊運輸過程中，隊形的保持及穩定控制至關重要。然而在運輸物品時，存在系統參數不確定和外部復雜擾動的影響。目前，應用于無人機編隊隊形保持的策略主要有領航-跟隨法、虛擬結構法、基于一致性策略和交叉耦合同步策略等。領航跟隨法容易實現，但跟隨者受到擾動時不會影響領航者，不利于隊形的保持。虛擬結構法將編隊視作一個整體，無法考慮各無人機遭受不同擾動時隊形穩定的情況。一致性策略難以處理編隊控制中存在的不確定及復雜擾動的魯棒編隊控制問題。而交叉耦合同步策略中因單架飛機的變化逐漸被其他無人機響應，所以該方法具有一定的魯棒性。然而采用此方法的控制系統的結構復雜度隨無人機數量增加而增加；實際應用中因信息傳輸時延該方法會導致無人機響應滯后；且該方法處理系統參數不確定及復雜擾動影響的效果不明顯。

滑模變結構控制算法簡單，響應速度快，對系統參數不確定和外界干擾具有較強魯棒性，在機器人控制領域得到廣泛應用。有鑒于此，需要能夠利用滑模變結構控制的無人機編隊控制方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供本發明涉及一種基于中值偏差的多無人機滑模編隊控制方法，將無人機的編隊隊形穩定控制轉化為運動狀態同步控制，提出一種中值偏差同步控制策略，將其與滑模變結構控制相結合處理編隊系統中存在的參數不確定及外部復雜擾動，實現多無人機魯棒的編隊控制問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于中值偏差的多無人機滑模編隊控制方法，包括：

建立n架無人機集群的編隊隊形約束條件及帶有不確定性的無人機模型，接著依據編隊隊形約束條件來定義無人機集群的位置跟蹤誤差e_d,i(t)、同步誤差e_i,i+1(t)、中值偏差e_i,m(t)及位置耦合誤差E_i(t)并給出n架無人機集群的編隊控制目標，然后結合位置耦合誤差的滑模面建立n架無人機集群的位置耦合誤差滑模控制器，從而獲得各無人機上電機轉速控制所需的PWM脈寬調制信號，然后發送給各無人機的電子調速器，進而驅動各無人機上的電機轉動，實現n架無人機集群的編隊控制。

作為本發明的一種基于中值偏差的多無人機滑模編隊控制方法的改進：

所述建立n架無人機集群的編隊隊形約束條件及帶有不確定性的無人機模型的具體過程包括：

1)n架無人機集群的編隊隊形約束的橢球面方程如下：