[發明專利]一種基于事件觸發的異構無人機集群控制方法

在審

• 申請號: 202210104837.5
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114527794A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 劉云平;趙陽;陳勝
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 田凌濤

本發明涉及一種基于事件觸發的異構無人機集群控制方法，適用于低成本及數量大的編隊系統，基于歐拉?龐卡萊方程建立無人機的動力學模型，對無人機進行受力分析，同時，選取了適當的李雅普諾夫函數計算證明該系統是漸進穩定的，以往的技術多用于理想情況下參數完全相同的少量四旋翼無人機系統，因此針對多任務需求及實際情況，本發明設計中該編隊方法是分布式的，不存在中心控制節點，通信是在集群中進行的，故不存在與地面站通信距離限制等問題，相比于以往技術，該集群中使用的無人機成本低廉且在同一有限帶寬的情況下，該集群能夠容納更多架無人機進行編隊任務。

技術領域

本發明涉及一種基于事件觸發的異構無人機集群控制方法，屬于無人機集群控制技術領域。

背景技術

目前無人機在軍事和民用領域應用越來越廣泛，且現有無人機種類繁多，但是由于單架無人機結構單一、功能有限，為使無人機能夠更好地發揮作用，需要采用異構多無人機編隊飛行控制來實現協同偵察、作戰、防御及噴灑農藥等任務。異構編隊是不同種類無人機共同構成隊形的一種編隊方式，這種方式更符合實際情況，異構編隊不需要在無人機上安裝功能重復的設備進而降低成本，且可以根據無人機的續航能力、靈活性等執行不同任務，實現比單架無人機更加卓越的協同性、自主性和效率性。由于集中式的控制方法具有實時性差、算法復雜及穩定性差的缺點，為了改進以上缺點，分布式編隊控制方法應運而生。但無人機之間的通信帶寬是有限的，無法滿足傳統分布式控制算法的高速通信需求，且由于異構編隊中無人機配備的控制器計算能力有限，因此無人機集群間通信負載量大的問題，將會成為亟待解決的難題，事件觸發算法也被科研人員所重視。

如專利號CN109936622A公布了一種基于分布式資源共享的無人機集群控制方法，該專利主要將無人機上可共享資源映射到其他無人機，形成集群服務資源共享機制。但由于可共享資源包括飛行狀態數據、飛行環境數據、任務執行數據以及集群內其他無人機的冗余數據備份，故集群無人機間的數據通信量過于龐大，且該專利選用了特定及成本高昂的4G通信模塊和上位機，從而無法形成大規模的無人機集群編隊。

專利號CN111273688A公布了基于事件觸發的四旋翼無人機一致性編隊控制方法，該專利主要為具有完全相同參數的N架四旋翼無人機設計了基于事件觸發機制的虛擬控制器，完成四旋翼無人機一致性編隊控制任務。但由于該專利中假設四架四旋翼無人機具有完全相同參數，且給出的無人機間拓撲通訊結構圖顯示，四架無人機間的通信并不是全分布式實施的，從而實際效果中的無人機間通信量仍然過大，無法滿足多無人機集群間的通信量及更新率需求。

還有專利號CN111638726A公布了基于事件觸發通信的多無人機編隊一致性控制方法，該專利提供了基于事件觸發通信的多無人機編隊一致性控制方法，可解決非連續通信條件下一致性控制的問題。但由于該專利設計的事件觸發條件僅適用于四旋翼無人機編隊，故具有一定的局限性，且該專利給出的無人機通信拓撲結構示意圖為有向連通圖，具體實施例子計算拉普拉斯矩陣時卻是根據無向圖進行計算，故該控制算法仍具有一定的問題和局限性。因此，設計一種能極大降低異構無人機間通信負載，且能在低運算功能控制器上運行的基于事件觸發機制的集群控制方法尤為重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于事件觸發的異構無人機集群控制方法，解決了無人機間通信量過大問題，將通信量和計算量降到最低，能夠滿足數量較多的無人機編隊和機載計算機計算能力低情況下的應用，解決了異構無人機集群控制問題。

本發明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：本發明設計了一種基于事件觸發的異構無人機集群控制方法，基于異構編隊中各無人機上分別所設狀態觀測器，結合各無人機上的水平位置控制器、高度控制器、姿態控制器，以及各無人機之間的拓撲通信，實現對各類型無人機的集群控制；其中，基于異構編隊中被控無人機接收期望目標坐標位置、以及異構編隊中其余各無人機分別根據被控無人機實際坐標位置所對應接收期望目標坐標位置，異構編隊中各個無人機分別以接收作為觸發，執行如下步驟：