分布式无人机编队协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式无人机编队协同控制方法，涉及无人机控制方法技术领域。所述方法包括如下步骤：通过无人机编队中无人机的位置、无人机的速度以及期望的编队运动信息构建无人机的控制输入；通过构建的无人机的控制输入控制无人机编队中的无人机进行协同飞行。所述方法适用于时滞函数有界的情况，由于不需强调时滞函数的导数特征，因此适用性较强；并且仅需对时间子区间内固定通信拓扑中的连通部分进行计算，等价于把高维数矩阵的求解问题转化为若干个低维数矩阵的求解问题，大幅度减小了计算量，提高了实时性；且可实现任意对称/非对称形状的编队构型。

Distributed UAV Formation Cooperative Control Method

The invention discloses a distributed UAV formation cooperative control method, which relates to the technical field of UAV control method. The method includes the following steps: constructing control input of UAV through position, speed and expected formation motion information of UAV in UAV formation; controlling UAV in UAV formation by control input of UAV formation for cooperative flight. The proposed method is applicable to the case of bounded time-delay function, because it does not need to emphasize the derivative characteristics of time-delay function, so it has strong applicability; moreover, it only needs to calculate the connected part of fixed communication topology in time sub-interval, which is equivalent to transforming the problem of solving high-dimensional matrix into that of solving several low-dimensional matrices, which greatly reduces the amount of calculation and improves the real-time performance. It can also realize any symmetrical/asymmetrical formation configuration.

【技术实现步骤摘要】
分布式无人机编队协同控制方法
本专利技术涉及无人机控制方法
，尤其涉及一种分布式无人机编队协同控制方法。
技术介绍
近年来，由于无人机编队协同控制在执行战场目标侦查、多目标攻击、跟踪监视、实施电磁干扰和低空突防等方面执行效率高、效果好以及灵活性和鲁棒性强等特点，逐渐成为当前无人机领域的研究热点之一。由于通信网络的拓扑变化和时滞现象对编队控制有着重要影响，很多文献对此进行了研究，但大多数文献假设通信拓扑固定，虽然现有技术有既考虑时滞又考虑拓扑变化同时存在的情况的研究，但分别是针对慢变时滞、线性时滞和定常时滞，对时滞的考虑比较理想。由于受网络带宽、传输速率的限制以及传输可靠性的影响，网络通信中时滞的非线性、快变以及跳变现象时常发生，成为制约多无人机协同控制效果的重要因素，且随着编队内部成员的运动，其通信拓扑势必会发生变化，因此，研究通信拓扑切换和复杂时滞变化情况下的编队控制问题更具备较强的现实意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种适用性强、计算量小、实时性强的分布式无人机编队协同控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种分布式无人机编队协本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式无人机编队协同控制方法，其特征在于包括如下步骤：通过无人机编队中无人机的位置、无人机的速度以及期望的编队运动信息构建无人机的控制输入；通过构建的无人机的控制输入控制无人机编队中的无人机进行协同飞行。

【技术特征摘要】
1.一种分布式无人机编队协同控制方法，其特征在于包括如下步骤：通过无人机编队中无人机的位置、无人机的速度以及期望的编队运动信息构建无人机的控制输入；通过构建的无人机的控制输入控制无人机编队中的无人机进行协同飞行。2.如权利要求1所述的分布式无人机编队协同控制方法，其特征在于：由N架无人机组成无人机编队，对编队中第i架无人机进行动力学建模，模型公式如下：其中，无人机i在t时刻的位置用ξi(t)∈R3表示，无人机i在t时刻的速度用ζi(t)∈R3表示，第i架无人机在t时刻的控制输入用ui(t)∈R3表示：上式中，τ(t)＞0，表示t时刻无人机j向无人机i传递信息时的网络时滞，此时无人机i在t时刻接收到的无人机j的状态信息为εj(t-τ(t))；ζr(t)∈R3，ζr(t)表示编队的期望运动速度；k1、k2、k3为各个分量的控制权重，k1＞0、k2＞0、k3＞0；aij(t)表示i和j之间的通信关系，为1表示两者可通信，为0表示不能通信；rji表示无人机j和无人机i之间的位置差矢量，方向由无人机i所在的位置指向无人机j所在的位置；ξj(t-τ(t))表示t-τ(t)时刻无人机j的位置；ξi(t-τ(t))表示t-τ(t)时刻无人机i的位置；ζj(t-τ(t))表示t-τ(t)时刻无人机j的速度；ζi(t-τ(t))表示t-τ(t)时刻无人机i的速度；表示对ξi(t)求一阶导数，为无人机i在t时刻的速度ζi(t)；表示对ζi(t)求一阶导数，为无人机i在t时刻的加速度；表示对ζr(t)求一阶导数，为编队的期望运动加速度。3.如权利要求2所述的分布式无人机编队协同控制方法，其特征在于：将编队内的每架无人机看成一个节点，并对其进行编号，构成节点集V＝{1,2,3......N}；将每两架无人机之间的通信关系看做边，用表示边的节点序对的集合；如果(j,i)∈E，则节点j是节点i的一个邻居，因此定义节点i的邻居集为Ni(t)＝{j∈V:(j,i)∈E}，对于无向图，当(j,i)∈E时有(i,j)∈E，即节点i也是节点j的一个邻居；用A＝[aij(t)]表示系统在t时刻附有权重的邻接矩阵，若无人机i和无人机j在t时刻可以相互得到对方的信息(i≠j)，则有(i,j)∈E和(j,i)∈E，此时的aij(t)＝aji(t)＞0，否则aij(t)＝aji(t)＝0；当i＝j时aii(t)＝0，A即描述了t时刻系统内部的无向通信拓扑图Gp，其对应的拉普拉斯矩阵用Lp＝[lij]N×N表示，当i＝j时当i≠j时lij＝-aij(t)；对于无向图，Lp为对称矩阵，即路是指由边组成的序列，若由节点序对构成的边(i,j)∈E和(j,k)∈E，则称节点i和k之间存在一条路径，使二者连通；对于由N个节点构成的通信网络，若任意两个节点之间存在一条路径，则称向通信拓扑图Gp是连通的；对于具有相同节点集和不同边集合的M个通信拓扑图Gp1、Gp2，...，GpM而言，它们的联合通信拓扑图Gp1～M的节点集为V，边集为各子通信拓扑图边集的集合，用E1～M表示，如果它们的联合图Gp1～M是联通的，则称通信拓扑图Gp1、Gp2，...，Gpm为联合连通。4.如权利要求2所述的分布式无人机编队协同控制方法，其特征在于：设定目标队形的中心为编队的中心，编队的目标队形为楔形，Or为其编队中心，无人...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正军，吕艳梅，毛琼，张连武，席雷平，梁伟杰，曾春花，黄文斌，于瑞飞，
申请(专利权)人：中国人民解放军三二一八一部队，
类型：发明
国别省市：河北,13