无人机集群控制方法技术

本发明专利技术公开了一种无人机集群控制方法，涉及无人机技术领域。所述方法包括如下步骤：通过无人机集群群内部成员的空间位置、速度以及加速度构建无人机集群群内部成员模型；构建无人机集群群内部成员的加速度控制函数；通过构建的所述加速度控制函数实现对无人机集群群内部成员的群聚运动、朝向目标运动以及规避障碍运动进行控制。本发明专利技术所述方法在控制集群运动方面灵活性强，一致性好，控制与避障效果显著。

UAV cluster control method

The invention discloses a control method for UAV cluster, which relates to the technical field of unmanned aerial vehicle. The method comprises the following steps: according to the spatial location, UAV cluster members group velocity and acceleration of the UAV swarm cluster members model; construction acceleration function control of UAV cluster group members; through the acceleration control function to achieve the construction of UAV cluster group members of the cluster movement, toward the target motion and obstacle avoidance motion control. The method of the invention has the advantages of strong flexibility and good consistency in controlling the cluster movement, and the control and obstacle avoidance effect is remarkable.

【技术实现步骤摘要】
无人机集群控制方法
本专利技术涉及无人机
，尤其涉及一种无人机集群控制方法。
技术介绍
多架无人机(UnmannedAerialVehicles，UAVs)彼此协同完成军事目标打击、目标跟踪与侦察等任务可大幅度减少任务执行的时间、提高作战的效率和成功率。随着作战环境的日趋复杂，不仅空间无人机的数量和密度上升，而且强电磁环境易使无人机通信致盲，以及潜在的突发障碍给无人机集群的飞行控制与安全带来一系列挑战，已成为一个亟待解决的问题。无人机集群系统属于局部感知或通信的分布式体系结构，目前主要的控制方法有：基于局部规则的控制、软控制、领航跟随法和人工势场法。基于局部规则的控制方法最基础，能实现集群智能的涌现控制，但仅靠它难使集群涌现到期望的控制方向；软控制是在局部规则的基础上通过为集群加入一外部可控的个体引导群内其它个体朝着人们期望的方向运动；领航控制法利用集群中信息丰富的个体引导实现集群控制，现有技术中将掌握航迹信息的个体直接设为领导者，没考虑个体间在无直接通信的实际情况下如何辨识谁是领导者的问题；人工势场通过构建全局势场函数引导智能体向势能降低的方向运动，该方法简单实用，在避障方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机集群控制方法，其特征在于包括如下步骤：通过无人机集群群内部成员的空间位置、速度以及加速度构建无人机集群群内部成员模型；构建无人机集群群内部成员的加速度控制函数；通过构建的所述加速度控制函数实现对无人机集群群内部成员的群聚运动、朝向目标运动以及规避障碍运动进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种无人机集群控制方法，其特征在于包括如下步骤：通过无人机集群群内部成员的空间位置、速度以及加速度构建无人机集群群内部成员模型；构建无人机集群群内部成员的加速度控制函数；通过构建的所述加速度控制函数实现对无人机集群群内部成员的群聚运动、朝向目标运动以及规避障碍运动进行控制。2.如权利要求1所述的无人机集群控制方法，其特征在于：无人机集群是由N个个体组成的分布式系统，每个个体的运动可抽象为：其中：Pi表示无人机i的空间位置，vi表示速度，ai表示加速度，表示对Pi求一阶导数，表示对vi求一阶导数。3.如权利要求2所述的无人机集群控制方法，其特征在于，无人机飞行时存在以下约束：加速度约束：其中，Amax为无人机的最大加速度；速度约束：其中，Vmax为无人机的最大速度。4.如权利要求2所述的无人机集群控制方法，其特征在于：对无人机集群群内部成员个体i的质量进行归一化处理后其运动控制量加速度函数ai表示为：ai＝γ1·α·fig+γ2·fio+γ3·fij+γ1·(1-α)·fiG(4)上式中γ1·α·fig为目标吸引产生的控制分量，γ2·fio为规避障碍所需的控制分量，γ3·fij为群内邻居无人机j对无人机i产生的群聚作用力，γ1·(1-α)·fiG为无人机个体G领导无人机个体i产生的控制分量；α为无人机个体i接收到航点信息的标志，α＝1表示无人机i能接收航点信息，此时(4)式等号右侧的γ1·(1-α)·fiG为0；α＝0则表示无人机i不能接收航点信息，(4)式等号右侧的γ1·α·fig为0，γ1·(1-α)·fiG不为0，个体i将从探测区域内选择无人机G作为领导者进行跟随，即接收不到目标航点的情况下把无人机G作为目标航点并朝向它运动；γ1、γ2和γ3为各个控制分量的权重，fig为目标g与无人机i的作用力函数，fio为障碍O与无人机i之间的作用力函数，fij为无人机j与无人机i的作用力函数，fiG为无人机i与选定的领导者无人机G之间的作用力。5.如权利要求4所述的无人机集群控制方法，其特征在于：所述群聚运动作用力函数fij的构建方法如下：设无人机个体i通过视觉感知周围个体的位置和速度，探测距离为da；以个体i为中心，da为半径，构成的圆形区域为无人机i的探测区域；邻域为t时刻落在无人机i的探测区域内的无人机个体集合；该探测区域划分为三个区域：排斥域一致域和吸引域排斥域Rn空间的点集一致域吸引域其中，dr为排斥域与一致域的分界距离，do为一致域与吸引域的分界距离，0＜dr＜do＜da，Rn表示n维实数集，表示无人机i和无人机j之间的距离；邻域内的无人机j与无人机i之间的作用力fij表示为：其中，其中：fij由无人机i和无人机j的位置Pi、Pj和速度vi、vj决定；决定的方法：表示力的作用方向，为单位方向矢量，Fij为该作用力的大小，由无人机i和无人机j的位置Pi、Pj根据(7)式求解；Vij为由无人机i和无人机j的位置Pi、Pj产生的势场，对Vij求负梯度得到Fij；-▽Vij为对Vij求负梯度；由无人机i和无人机j的速度vi、vj产生的作用力为式(5)中等号右侧的第二项；为无人机i和无人机j之间的斥力强度控制参数、为距离调节参数、为无人机i和无人机j之间的引力强度控制参数，为无人机i和无人机j之间的速度一致性控制参数，和可先给定一初值，然后在系统实验时再进一步调节。6.如权利要求4所述的无人机集群控制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛琼，李小民，董海瑞，马彦恒，王正军，赵月飞，杜占龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军军械工程学院，
类型：发明
国别省市：河北,13