一种环形任务模式下的多无人机一致性编队控制方法技术

本发明专利技术公开一种环形任务模式下的多无人机一致性编队控制方法，针对环形任务场景解耦编队控制指令，建立环形任务下的坐标系转化关系，并引入任务目标信息，实现环形任务过程中位置状态的精确表示与快速更新；设计环形任务模式下多机编队一致性控制算法，建立一致性编队控制器，以确保多机编队在时间、空间及相角三个层面的协同一致性，实现精确控制。本发明专利技术可根据各类无人机自身特性形成对应的单机指令生成器，以满足不同类型或不同控制器无人机在环形任务下精确编队控制的需求，保证编队控制器的可拓展性及闭环系统良好的通用性，在环形任务模式下快速性、稳定性及准确性均具有较为良好的效果，并具有一定的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种环形任务模式下的多无人机一致性编队控制方法
本专利技术属于多智能体控制
，具体涉及一种环形任务模式下的多无人机一致性编队控制方法。
技术介绍
随着续航能力、智能化水平及控制效果的不断提升，无人机以其较高的飞行性能与较强的环境适应能力广泛应用在各类实际场景中。而在部分复杂任务模式下，单机因其自身局限性完成任务效果较差甚至大概率导致任务失败。由此，众多专家学者对多无人机编队飞行展开研究，提出多种编队控制策略及控制方法，在尽可能发挥单机任务效能的基础上，拓展至多机交互环境下高效、安全、稳定的任务实现。然而，环形任务模式因其绕圈飞行的特性给编队控制带来较多难点。首先，无人机偏航角的每时每刻都在发生变化，使得如长僚机控制下由于通信或编队算法解算的延迟而产生编队甩尾的问题会逐渐放大，难以实现队形保持；其次，无人机编队多以编队坐标系中相对距离的保持实现队形稳定，而在环形任务模式下，相对坐标位置信息难以解算会给编队保持带来巨大影响；此外，若集结过程中定义环形编队队形，容易陷入局部最优编队位置，无法收敛于目标位置形成编队。多数先进控制算法与优化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环形任务模式下的多无人机一致性编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)在环形任务场景下，对编队状态和编队控制器进行解耦，将直角坐标系下控制指令转化为极坐标系下控制指令，引入任务目标信息，实现环形任务过程中位置状态的精确表示与快速更新；/n(2)在环形任务模式控制指令基础上引入改进二阶一致性算法，将控制指令拓展至编队任务模式，实现集结、保持与重构的编队要求；/n(3)根据一致性原理，设计环形任务模式下二阶一致性控制器架构及控制策略，使多无人机飞行高度协同趋近于任务期望高度，运动半径协同趋近于环形任务圆周半径，并绕环形任务圈进行均匀分布的编队飞行；/n(4)根据任务策略，在编队控...

【技术特征摘要】
1.一种环形任务模式下的多无人机一致性编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在环形任务场景下，对编队状态和编队控制器进行解耦，将直角坐标系下控制指令转化为极坐标系下控制指令，引入任务目标信息，实现环形任务过程中位置状态的精确表示与快速更新；
(2)在环形任务模式控制指令基础上引入改进二阶一致性算法，将控制指令拓展至编队任务模式，实现集结、保持与重构的编队要求；
(3)根据一致性原理，设计环形任务模式下二阶一致性控制器架构及控制策略，使多无人机飞行高度协同趋近于任务期望高度，运动半径协同趋近于环形任务圆周半径，并绕环形任务圈进行均匀分布的编队飞行；
(4)根据任务策略，在编队控制器中输入编队中其他无人机的状态信息，对坐标系转换后的编队控制指令进行队形修正，确保多机在时间、空间与相角的协同一致性，实现精确控制。


2.根据权利要求1所述的环形任务模式下的多无人机一致性编队控制方法，其特征在于，所述步骤(1)实现过程如下：
基于导航方程组目标航迹点Pc(k)＝{xc(k),yc(k),zc(k)}，将编队中的单机控制指令解耦为：



式中，vc(k)与为前向加速度横侧向分量与偏航角，作为横侧向控制控制指令；hc(k)为无人机位置纵向分量，作为纵向控制指令；
将直角坐标系下控制指令转化为极坐标系下控制指令：



式中，lc(k)为横侧向无人机与环形任务中心的距离控制指令，θc(k)为横侧向无人机与环形任务坐标系相角控制指令，hc(k)为纵向无人机环形任务坐标系下高度控制指令。


3.根据权利要求1所述的环形任务模式下的多无人机一致性编队控制方法，其特征在于，步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆晓安，浦黄忠，丁健，文梁栋，甄子洋，唐桢，张丹萌，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32