一种基于虚拟结构的多旋翼无人机编队一致性控制方法技术

本发明专利技术涉及一种旋翼无人机编队控制技术，具体为一种基于虚拟结构的多旋翼无人机编队一致性控制方法，包括以下操作步骤：S1：基于虚拟结构的多旋翼无人机的编队方法：S1.1：建立旋翼无人机的单机模型；S1.2：搭建编队空间相对运动模型；S1.3：根据S1.2设定虚拟点参考轨迹；S1.4：根据S1.2和S1.3，满足R

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟结构的多旋翼无人机编队一致性控制方法


[0001]本专利技术涉及一种旋翼无人机编队控制技术，具体为一种基于虚拟结构的多旋翼无人机编队一致性控制方法。

技术介绍

[0002]编队队形控制是多旋翼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，或者需要在特定的时间进行队形的切换和重构，这依赖于可靠的编队控制策略，传统虚拟结构法的主要思想是将无人机编队系统的队形组成看作是刚性的虚拟结构，在无人机编队飞行运动期间，单个无人机个体可以看作是固定在虚拟结构上的固定位置上，一旦无人机编队队形发生改变，编队系统中的无人机个体直接跟踪保持虚拟结构上的固定坐标点就可以完成设定好的编队飞行巡检路线，无人机跟踪虚拟结构质点即可达到协同控制的目的，该方法能够很好的进行集群拓扑保持，相较于其他协同控制方法，虚拟结构法对队形约束最强，不过该方法很大程度上受限于形成的队形限制，不够方便，而无人机之间一致性编队控制，能够有效的解决这个问题，可使每个无人机位置和速度达到一致，从而实现一致性编队，然而，在虚拟结构法的基础上加入一致性编队控制，一方面是优化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟结构的多旋翼无人机编队一致性控制方法，其特征在于：包括以下操作步骤：S1：基于虚拟结构的多旋翼无人机的编队方法：S1.1：建立旋翼无人机的单机模型；旋翼无人机的单机运动模型如下：旋翼无人机的单机运动模型如下：V
i
＝[V
xi
,V
yi
,V
zi
]
T
；其中：V
i
、θ
i
和ψ
i
分别为第i个旋翼无人机的速度、横滚角、俯仰角和偏航角，控制量为U
i
＝[U
picthi
,U
rolli
,U
yawi
,U
upi
]；(x
i
,y
i
,z
i
)为第i个旋翼无人机在惯性系下位置坐标，Ω
i
,i＝1,2,3,4为各电机的转速；分别为旋翼无人机重心到旋翼的距离和旋翼的转动惯量，各旋翼无人机的速度约束为0＜V
imin
≤V
i
≤V
imax
；S1.2：搭建编队空间相对运动模型；将旋翼无人机编队系统的队形组成看作是刚性的虚拟结构，在无人机编队飞行运动期间，单个无人机个体可以看作是固定在虚拟结构上的固定位置上，在旋翼无人机的单机模型基础之上，设计编队空间的相对运动模型，结合旋翼无人机的单机运动模型和编队空间相对运动模型，得出旋翼无人机编队飞行系统模型；S1.3：根据S1.2设定虚拟点参考轨迹；S1.4：根据S1.2和S1.3，满足R
if
＝R
i
‑
R
f
，对其关于时间求导，并根据坐标系间转换关系投影到编队坐标系下；R
i
、R
f
、R
if
分别为惯性系下旋翼无人机的位置矢量、虚拟点位置矢量及它们之间的相对位置矢量；S1.5：结合旋翼无人机的单机运动模型和编队空间相对运动模型，得出旋翼无人机编队飞行系统模型；S2：一致性编队控制策略的实行：S2.1：在无人机编队中利用信息拓扑进行信息交换；
S2.2：利用二阶一致性算法计分析编队飞行控制，令连续控制系统为：式中：i＝1,2,...,m，其中m为系统中旋翼无人机的个数，x
i
∈R
m
,V
i
∈R
m
分别为第i各旋翼无人机的位置和速度矢量，连续控制系统的一致性可归纳为给定任意系统的初始值x
i
(0),V
i
(0)与i＝1,2,....,m，设计控制器u
x
,u
y
,u
z
，使当t
→
∞时，和成立；S2.3：制定多旋翼一致性编队飞行控制方案；S2.4：由M架四旋翼组成编队，根据其之间的信息通信关系，把飞行编队建模为无向图G，无向图节点v
i
表示第i架四旋翼，信息流通方向是无人机之间的双向通信；S2.5：设计拓扑结构G，并根据虚拟点v0的信息设计无人机v
i
的期望指令；S2.6：在虚拟结构编队模式中，虚拟点位置为编队一致性算法的平衡点x
eif
＝x
if
‑
x
dif
，y
eif
＝y
if
‑
y
dif
,z
eif
＝z
if
‑
z
dif
为虚拟点与无人机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴鸣宇，姚雪莲，杨艺，杨军，陈灵峰，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：