一种基于数据驱动的多无人机滑模编队控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于数据驱动的多无人机滑模编队控制方法，包括：考虑不确定性、未建模动态以及外部干扰，建立领航无人机和跟随无人机系统的等效数据模型；设计数据驱动滑模控制器；设计分布式数据驱动滑模编队控制器。本发明专利技术针对存在不确定性、未建模动态以及外部干扰的多无人机系统，结合数据驱动技术和滑模控制方法，设计了一种基于数据驱动的多无人机滑模编队控制方法。该方法克服了对系统的精确数学模型的依赖，仅通过输入/输出数据，就能实现对多无人机系统的编队控制。并能保证对扰动和未建模动力学的鲁棒性。另外，通过引入相邻无人机状态，解决了部分无人机无法直接获取领航者状态的约束，实现了分布式多无人机领航

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据驱动的多无人机滑模编队控制方法


[0001]本专利技术涉及无人机编队控制
，具体而言，尤其涉及一种基于数据驱动的多无人机滑模编队控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)以其自由悬停、垂直起降、飞行稳定和机动性高等独特的优势，被广泛应用于航空拍摄、环境监测、农林植保、灾后救援、地理测绘、交通等各个领域。然而，随着工作环境和任务日趋复杂，单个无人机无法满足复杂任务的要求，因此，控制重心从单无人机控制倾斜到了多无人机协同控制。不同于单无人机的是，多无人机的编队扩展了它们的能力，并在许多实际应用中赋予了它们新能力，具有更高的灵活性、容错性以及鲁棒性。
[0003]编队控制是多无人机系统研究的核心问题，无人机在执行任务时需要保持一定的队形，或者在特定时间内完成队形变换和重构等动作，这依赖于可靠的编队控制方法。现有的主要编队控制方法有4种：领航－跟随法、基于行为法、虚拟结构法和一致性法。其中，领航
‑
跟随法由于其简化多无人机系统的控制，增强群体通信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动的多无人机滑模编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、考虑不确定性、未建模动态以及外部干扰，建立领航无人机和跟随无人机系统的等效数据模型；S2、基于建立的所述等效数据模型，设计数据驱动滑模控制器；S3、基于设计的所述数据驱动滑模控制器，设计分布式数据驱动滑模编队控制器。2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的多无人机滑模编队控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：S11、在领航－跟随多无人机系统中，建立第i个无人机的动力学方程，表示如下：其中，P
i
＝[x
i
,y
i
,z
i
]
T
和Γ
i
＝[φ
i
,θ
i
,ψ
i
]
T
分别表示第i个无人机位置向量和欧拉角向量；φ
i
,θ
i
,ψ
i
分别表示第i个无人机的俯仰角，横滚角，偏航角；m
i
是第i个无人机的质量；I＝[0,0,1]
T
；α
i
＝diag{α
i1
/m
i
,α
i2
/m
i
,α
i3
/m
i
}和β
i
＝diag{β
i1
/m
i
,β
i2
/m
i
,β
i3
/m
i
}表示阻尼矩阵，α
i1
,α
i2
,α
i3
和β
i1
,β
i2
,β
i3
表示对应的阻力系数；J＝diag{J
x
,J
y
,J
z
}表示惯性矩阵，J
x
,J
y
,J
z
分别表示绕x,y,z轴旋转产生的转动惯量；U
i
＝[u
i1
,U
i2T
]
T
＝[u
i1
,u
i2
,u
i3
,u
i4
]
T
表示第i个无人机的控制输入；g表示重力加速度；R(Γ
i
)表示连接惯性坐标系和机体坐标系的旋转矩阵；式中，i＝0表示领航无人机，i＝1,2
…
,n表示跟随无人机；S12、考虑不确定性、未建模动态以及外部干扰，利用欧拉前向差分法得到第i个无人机的动力学方程的等效离散形式，如下：其中，f
i1
(
…
),f
i2
(
…
)表示未知的非线性向量函数；T表示采样时间，U
i1,k
＝[u
i1x,k
,u
i1y,k
,u
i1z,k
]
T
表示虚拟控制输入，U
i2,k
＝[u
i2,k
,u
i3,k
,u
i4,k
]
T
；∈
i1,k
,∈
i2,k
表示离散化误差；S13、利用数据驱动策略，得到第i个无人机的等效数据模型，如下：其中，和表示第i个无人机相应的时变控制增益矩阵。3.根据权利要求1所述的基于数据驱动的多无人机滑模编队控制方法，其特征在于，所
述步骤S2具体包括：S21、将领航无人机系统分为位置子系统和姿态子系统；S22、设计位置子系统的数据驱动滑模控制器；S23、设计姿态子系统的数据驱动滑模控制器。4.根据权利要求3所述的基于数据驱动的多无人机滑模编队控制方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括：S221、考虑领航无人机，构建位置子系统如下：P
0,k+2
＝P
0,k+1
+Φ
0,k
U
01,k
其中，Φ
0,k
表示伪偏导矩阵；S222、针对伪偏导矩阵Φ
0，k
，考虑如下准则函数：其中，表示Φ
0,k
的估计值，μ
01
表示一个权重系数；S223、令得到的更新律如下：的更新律如下：其中，κ
01
表示步长因子，表示正的常数；S224、定义领航无人机的期望位置设计滑模面如下：s
01,k+1
＝c
01
e
01,k+1
+c
00
Δe
01,k+1
其中，e
01,k+1
表示领航无人机的位置跟踪误差向量，表示领航无人机的k+1时刻与k时刻的位置跟踪误差的差值向量，Δe
01,k+1
＝e
01,k+1
‑
e
01,k
，c
01
表示常数对角矩阵，c
01
＝diag{c
011
,c
012
,c
013
}，c
00
表示常数对角矩阵，c
00
＝diag{c
001
,c
002
,c
003
}；S225、利用指数趋近律s
01,k+2
＝(I3‑
β
01
)s
01,k...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁永鹏，南栋，关哲，刘卓夫，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：