一种无人机集群控制方法、装置及可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无人机集群控制方法、装置及可读存储介质，其中方法包括，根据目标编排队形以及无人机之间的通信关系建立对应的拓扑结构；根据所述拓扑结构的节点上无人机的期望相对位置计算各个无人机对应的梯度向量；根据所述梯度向量确定无人机的控制律；通过所述控制律控制对应的无人机。本发明专利技术提出了一种具有统一解析形式的、满足实际飞行需求的、易实现的无人机集群编队控制解决方案，可实现无人机集群按照任意时不变队形进行编队飞行。人机集群按照任意时不变队形进行编队飞行。人机集群按照任意时不变队形进行编队飞行。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机集群控制方法、装置及可读存储介质


[0001]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、装置及可读存储介质。

技术介绍

[0002]现有的无人机集群控制方案中只能针对某种队形进行编队控制，无法给出一般队形的统一形式的编队控制。

技术实现思路

[0003]本专利技术实施例提供一种无人机集群控制方法、装置及可读存储介质，提出一种具有统一解析形式的、满足实际飞行需求的、易实现的无人机集群编队控制解决方案，可实现无人机集群按照任意时不变队形进行编队飞行。
[0004]本专利技术实施例提出一种无人机集群控制方法，包括：
[0005]根据目标编排队形以及无人机之间的通信关系建立对应的拓扑结构；
[0006]根据所述拓扑结构的节点上无人机的期望相对位置计算各个无人机对应的梯度向量；
[0007]根据所述梯度向量确定无人机的控制律；
[0008]通过所述控制律控制对应的无人机。
[0009]在一示例中，所述根据目标编排队形以及无人机之间的通信关系建立对应的拓扑结构包括：
[0010]设定任意两架有期望相对位置的无人机之间存在通信关系；
[0011]根据所述通信关系和所述目标编排队形建立对应的拓扑结构，其中所述拓扑结构为刚性拓扑。
[0012]在一示例中，所述根据所述拓扑结构中各节点上无人机的期望相对位置计算各个无人机对应的梯度向量包括：
[0013]根据两无人机之间的运动作用权值、无人机与跟踪目标之间的位置差、速度差以及无人机与跟踪目标之间的位置差设计参数和速度差设计参数计算各个无人机对应的梯度向量。
[0014]在一示例中，所述根据所述梯度向量确定无人机的控制律包括：
[0015]根据所述梯度向量计算无人机的预控制律；
[0016]基于所述预控制律确定所述无人机的控制律，以使所述控制律满足所述无人机的运动约束。
[0017]在一示例中，所述基于所述预控制律确定所述无人机的控制律包括：
[0018]通过预先定义的饱和函数基于所述预控制律确定所述无人机的控制律。
[0019]本专利技术实施例还提出一种无人机集群控制装置，包括：
[0020]拓扑构建模块，用于根据目标编排队形以及无人机之间的通信关系建立对应的拓
扑结构；
[0021]数据处理模块，用于根据所述拓扑结构中各节点上无人机的期望相对位置计算各个无人机对应的梯度向量；
[0022]控制器构建模块，用于根据所述梯度向量确定无人机的控制律；
[0023]控制模块，用于通过所述控制律控制对应的无人机。
[0024]本专利技术实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的无人机集群控制方法的步骤。
[0025]本专利技术实施例根据拓扑结构的节点上无人机的期望相对位置计算各个无人机对应的梯度向量，并根据所述梯度向量确定无人机的控制律，通过所述控制律控制对应的无人机，本专利技术方法提出了一种简单易行的无人机集群编队控制律确定方案，能够实现无人机集群按照任意时不变队形进行编队飞行。
[0026]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0027]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其它的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0028]图1为本专利技术实施例基本流程图；
[0029]图2为本专利技术实施例案例一无人机集群编队过程图；
[0030]图3为本专利技术实施例案例一速度与加速度示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例案例一转向率与爬升率示意图；
[0032]图5为本专利技术实施例案例一转向角与爬升角示意图；
[0033]图6为本专利技术实施例案例一无人机控制输入值随时间的变化图；
[0034]图7为本专利技术实施例案例二无人机集群编队过程图；
[0035]图8为本专利技术实施例案例二速度与加速度示意图；
[0036]图9为本专利技术实施例案例二转向率与爬升率示意图；
[0037]图10为本专利技术实施例案例二转向角与爬升角示意图；
[0038]图11为本专利技术实施例案例二无人机控制输入值随时间的变化图；
[0039]图12为本专利技术实施例案例三无人机集群编队过程图；
[0040]图13为本专利技术实施例案例三速度与加速度示意图；
[0041]图14为本专利技术实施例案例三转向率与爬升率示意图；
[0042]图15为本专利技术实施例案例三转向角与爬升角示意图；
[0043]图16为本专利技术实施例案例三无人机控制输入值随时间的变化图。
具体实施方式
[0044]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例
所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0045]本专利技术实施例提供一种无人机集群控制方法，如图1所示，包括以下具体步骤：
[0046]S101、根据目标编排队形以及无人机之间的通信关系建立对应的拓扑结构。
[0047]本示例中无人机集群中的每个无人机均装备有导航模块，能输出自身的位置、速度信息；装备有执行单元，能快速响应控制输入。
[0048]本示例中可以应用于无人机集群编队队形的形成，或者在飞行过程中需要改变部分无人机的位置以实现改变无人机队形，可以根据目标编排队形以及无人机之间的通信关系建立对应的拓扑结构。
[0049]S102、根据所述拓扑结构的节点上无人机的期望相对位置计算各个无人机对应的梯度向量。
[0050]本示例中设集群由N个固定翼无人机组成，第i个无人机的带有惯性控制环节的三自由度质点运动学模型满足：
[0051][0052]其中p
i
(t)＝[x
i
(t)，y
i
(t)，z
i
(t)]T
为第i个无人机在t时刻在选定直角坐标系XYZ中的三维位置，x
i
(t)、y
i
(t)、z
i
(t)分别为第i个无人机在t时刻的三维坐标。V
i
(t)、χ
i
(t)∈(
‑
π，π]、γ
i
(t)∈[
‑
π/2，π/2]分别为第i个无人机在t时刻的速度、转向角、爬升角，V
ci...

【技术保护点】

【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：根据目标编排队形以及无人机之间的通信关系建立对应的拓扑结构；根据所述拓扑结构的节点上无人机的期望相对位置计算各个无人机对应的梯度向量；根据所述梯度向量确定无人机的控制律；通过所述控制律控制对应的无人机。2.如权利要求1所述的无人机集群控制方法，其特征在于，所述根据目标编排队形以及无人机之间的通信关系建立对应的拓扑结构包括：设定任意两架有期望相对位置的无人机之间存在通信关系；根据所述通信关系和所述目标编排队形建立对应的拓扑结构，其中所述拓扑结构为刚性拓扑。3.如权利要求2所述的无人机集群控制方法，其特征在于，所述根据所述拓扑结构的节点上无人机的期望相对位置计算各个无人机对应的梯度向量包括：根据两无人机之间的运动作用权值、无人机与跟踪目标之间的位置差、速度差以及无人机与跟踪目标之间的位置差设计参数和速度差设计参数计算各个无人机的梯度向量。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的无人机集群控制方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彦杰，梁月乾，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司电子科学研究院，
类型：发明
国别省市：