[發(fā)明專利]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的固定翼無人機(jī)編隊(duì)有限時(shí)間容錯(cuò)控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210046500.3
• 申請(qǐng)日: 2022-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN114594784A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張柯;方方;姜斌;陳謀;盛守照;甄子洋;邵書義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

1.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的固定翼無人機(jī)有限時(shí)間編隊(duì)容錯(cuò)控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)通過虛擬領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨者結(jié)構(gòu)進(jìn)行編隊(duì)控制，并且采用分布式編隊(duì)方法進(jìn)行信息交互，基于此設(shè)計(jì)相應(yīng)的通信拓?fù)鋱D并計(jì)算對(duì)應(yīng)的拉普拉斯矩陣L；

(2)針對(duì)固定翼無人機(jī)的縱向的動(dòng)態(tài)模型，基于合理的假設(shè)條件簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)模型為嚴(yán)格反饋形式，針對(duì)模型中難以處理的非線性項(xiàng)、模型不確定性進(jìn)行處理，并且考慮升降舵偏轉(zhuǎn)的失效故障，形成統(tǒng)一的具有故障的嚴(yán)格反饋動(dòng)態(tài)模型；

(3)基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理系統(tǒng)的未知非線性問題，結(jié)合自適應(yīng)控制實(shí)現(xiàn)故障估計(jì)；基于反步法和滑模控制，實(shí)現(xiàn)編隊(duì)系統(tǒng)的分布式有限時(shí)間容錯(cuò)控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的固定翼無人機(jī)有限時(shí)間編隊(duì)容錯(cuò)控制方法，其特征在于，在步驟(1)中，采用有向通信拓?fù)鋱D，由表示多智能體系統(tǒng)的通訊拓?fù)洌黄渲校硎就ㄐ艌D頂點(diǎn)的集合，v_i表示第i個(gè)頂點(diǎn)，即第i個(gè)智能體，i＝1,2,…,N，N表示智能體數(shù)量；E＝e_ij表示通信圖邊的集合，e_ij＝(v_i,v_j)表示v_i能夠直接獲取第j個(gè)智能體v_j的信息，j＝1,2,…,N；A＝[a_ij]∈R^N×N是鄰接矩陣，如果(v_i,v_j)∈E則a_ij＝1，否則a_ij＝0；定義關(guān)于G的入度矩陣D＝diag(d₁,d₂,…,d_N)，定義拉普拉斯矩陣L＝[l_ij]∈R^N×N，L＝D-A；定義矩陣B＝diag(b₁,b₂,…,b_N)表示領(lǐng)導(dǎo)者與跟隨者之間的通信拓?fù)洌绻趇個(gè)跟隨者能與領(lǐng)導(dǎo)者通信則b_i＝1，否則b_i＝0。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的固定翼無人機(jī)有限時(shí)間編隊(duì)容錯(cuò)控制方法，其特征在于，步驟(2)具體包括：

假設(shè)1：從領(lǐng)導(dǎo)者到每一個(gè)跟隨者至少有一條通信路徑；

步驟(2)中第i個(gè)跟隨者無人機(jī)的縱向的動(dòng)態(tài)模型表示如下：

其中，i＝1,2,…,N，N表示智能體數(shù)量；V_i,h_i,γ_i,α_i,q_i分別表示第i個(gè)跟隨者無人機(jī)的速度、高度、航跡角、迎角和俯仰角速率；T_i,D_i,L_i,M_i分別代表了第i個(gè)跟隨者無人機(jī)的推力、阻力、升力以及俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)力矩；m_i,I_iy表示第i個(gè)跟隨者無人機(jī)的質(zhì)量和俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；g表示重力加速度；

假設(shè)2：由于在飛行過程中γ_i很小，因此可認(rèn)為sinγ_i≈γ_i；由于T_isinα_i＜＜L_i，可將T_isinα_i忽略不計(jì)；

通過簡(jiǎn)化得到第i個(gè)跟隨者無人機(jī)的具有故障的嚴(yán)格反饋動(dòng)態(tài)模型，如下表示：

其中，表示第i個(gè)跟隨者無人機(jī)的具有乘性故障的真實(shí)控制輸入量，δ_ei是第i個(gè)跟隨者無人機(jī)的待設(shè)計(jì)的控制輸入量，0＜ρ_i(t)＜1是第i個(gè)跟隨者無人機(jī)的乘性故障；f_Vi＝-D_i/m_i-g sinγ_i和是第i個(gè)跟隨者模型中的已知非線性項(xiàng)，其中是靜壓，s＝1.463m²是參考面積，c＝0.451m是平均氣動(dòng)弦長(zhǎng)，C_M0＝-0.0954,C_Mα＝-2.8206,是氣動(dòng)系數(shù)；f_γi(V_i,γ_i),f_αi(V_i,γ_i,α_i)是第i個(gè)跟隨者模型中的未知非線性項(xiàng)；g_Vi＝cosα_i/m_i,g_αi＝1,都是第i個(gè)跟隨者模型中已知的函數(shù)，其中C_Lα＝4.6333,是氣動(dòng)系數(shù)。