一种基于快速终端滑模的蜂群无人机容错协同控制方法技术

本申请公开了一种基于快速终端滑模的蜂群无人机容错协同控制方法，涉及无人机技术领域，该方法基于固定翼无人机的位置跟踪误差设计得到非奇异快速终端滑模面，再结合固定翼无人机的动力学模型引入包含故障相关项和外界扰动项的总未知项和命令控制输入信号，从而构建得到固定翼无人机的容错控制律，利用基于快速终端滑模设计得到的容错控制律对蜂群无人机进行容错协同控制，在无人机遭遇执行器故障或外界扰动时仍然可以保持蜂群无人机的稳定飞行，还使得各无人机可以对期望位置进行编队跟踪，在蜂群无人机的编队协同容错控制上具有很好的实际意义和应用前景。很好的实际意义和应用前景。很好的实际意义和应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于快速终端滑模的蜂群无人机容错协同控制方法


[0001]本申请涉及无人机
，尤其是一种基于快速终端滑模的蜂群无人机容错协同控制方法。

技术介绍

[0002]随着无人机产业的快速发展，无人机已广泛应用于农业植物保护、电网检测、森林火灾监测等复杂危险任务中以缩短任务周期。近年来，蜂群无人机的协同控制问题引起了越来越多研究者的关注，这主要是由于蜂群无人机体现了功能分布化、生存率高、成本低等显著优势，
[0003]蜂群无人机的研究正在蓬勃发展，应用前景十分广泛。为提高蜂群无人机在执行任务过程中的协同控制性能，安全性及实用性成为了飞行控制领域的热点研究问题，对蜂群无人机的可靠飞行及容错技术提出了迫切发展需求。但是当蜂群无人机处于任务执行阶段，编队中的某架或多架无人机如果发生故障而未得到及时处理，发生故障的无人机将会存在失控的危险，严重情况下会出现链式反应，碰撞周围的无人机，造成整个飞行编队的失控，这种情况在大量无人机密集作业时尤为明显，影响了蜂群无人机的可靠飞行。

技术实现思路

[0004]本申请人针对上述问题及技术需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于快速终端滑模的蜂群无人机容错协同控制方法，其特征在于，蜂群无人机中包括一架领导者无人机以及N架跟随所述领导者无人机飞行的固定翼无人机，所述蜂群无人机包含的无人机之间建立有通信拓扑，所述方法包括对于蜂群无人机中的任意第i架固定翼无人机，i为参数且1≤i≤N：确定所述第i架固定翼无人机的位置跟踪误差的表达式为p
i
是所述第i架固定翼无人机的实际位置，p
di
＝p
0i
+p
ri
是所述第i架固定翼无人机的期望位置，p
0i
是所述第i架固定翼无人机利用分布式滑模观测器观测得到的所述领导者无人机的位置信息，p
ri
是所述第i架固定翼无人机与领导者无人机之间的期望相对位置；基于所述第i架固定翼无人机的位置跟踪误差设计得到非奇异快速终端滑模面；基于所述第i架固定翼无人机的动力学模型确定所述第i架固定翼无人机的实际位置p
i
与命令控制输入信号u
0i
和总未知项ζ
i
的关系，结合所述非奇异快速终端滑模面建立得到所述第i架固定翼无人机的容错控制律，所述容错控制律反映命令控制输入信号u
0i
与蜂群无人机的运动参数、所述第i架固定翼无人机观测得到的所述领导者无人机的位置信息p
0i
以及总未知项ζ
i
的关系，总未知项ζ
i
包含故障相关项和外界扰动项；利用所述容错控制律对所述第i架固定翼无人机进行容错协同控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第i架固定翼无人机的位置跟踪误差设计得到非奇异快速终端滑模面的方法包括：根据所述第i架固定翼无人机的位置跟踪误差结合其他固定翼无人机的位置跟踪误差，处理得到所述第i架固定翼无人机的同步跟踪误差e
i
；采用固定时间预设性能函数对所述第i架固定翼无人机的同步跟踪误差e
i
进行性能约束，处理得到所述第i架固定翼无人机的转换误差E
i
；基于所述第i架固定翼无人机的转换误差E
i
设计得到非奇异快速终端滑模面为其中，K
1i
＝diag{K
1i(1)
,K
1i(2)
,K
1i(3)
}，K
2i
＝diag{K
2i(1)
,K
2i(2)
,K
2i(3)
}，函数diag{}表示取对角矩阵；K
1i(1)
、K
1i(2)
、K
1i(3)
均大于0，K
2i(1)
、K
2i(2)
、K
2i(3)
均大于0，sig
g/h
(E
i
)＝|E
i
|
g/h
sign(E
i
)，函数sign()是标准符号函数，是E
i
的导数，p、q、g、h均为正奇数，3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述第i架固定翼无人机的同步跟踪误差e
i
为：其中，e
i
＝[e
i(1)
，e
i(2)
，e
i(3)
]
T
，当所述第i架固定翼无人机和第j架固定翼无人机建立通信连接时、a
ij
＝1，当所述第i架固定翼无人机和第j架固定翼无人机未建立通信连接时、a
ij
＝0；β
1i
、β
2i
均为正参数，是任意第j架固定翼无人机的位置跟踪误差，j
为参数且1≤j≤N。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，处理得到所述第i架固定翼无人机的转换误差E
i
＝[E
i(1)
，E
i(2)
，E
i(3)
]
T
的方法包括：基于固定时间预设性能函数ξ
i(r)
(t)确定所述第i架固定翼无人机的同步跟踪误差e
i
在各个时间t时都要满足的性能约束为
‑
δ
m
ξ
i(r)
(t)<e
i(r)
(t)<δ
M
ξ
i(r)
(t)，r为参数且r＝1、2、3，δ
m
、δ
M
均为正参数；固定时间预设性能函数为：其中，ξ
∞(r)
＝lim
t
→
∞
ξ
(r)
(t)，ξ
∞(r)
>0，ξ
0(r)
>ξ
∞(r)
，ξ
(r)
(t)>ξ
∞(r)
，T
(r)
为固定时间预设性能函数的稳定时间；定义e
i(r)
(t)＝ξ
i(r)
(t)Φ
i(r)
(z
i(r)
(t))，则误差转换函数基于Φ
i(r)
(z
i(r)
(t))∈(
‑
δ
m
,δ
M
)的要求设定确定5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述第i架固定翼无人机的动力学模型确定F
i
、G
i
分别为参数矩阵，则建立得到所述第i架固定翼无人机的容错控制律的方法包括：确定所述非奇异快速终端滑模面的导数得到：其中，是的导数，的导数，基于E
i
＝[E
i(1)
，E
i(2)
，E
i(3)
]
T
且的特征，对转换误差E
i
取导数得到其中ν
i
＝diag{ν
i(1)
,ν
i(2)
,ν
i(3)
}，ξ
i
＝[ξ
i(1)
,ξ
i(2)
,ξ
i(3)
]
T
；对取导数得到其中，
将得到的同步跟踪误差e
i
以及代入中得到：设计得到容错控制律为：其中，其中，表示总未知项ζ
i
的估计值，k
i
＝diag{k
i(1)
,k
i(2)
,k
i(3)
}，k
i(1)
、k
i(2)
、k
i(3)
均大于0，τ
i
>0，sgn(S
i
)＝[sign(S
i(1)
)，sign(S
i(2)
)，sign(S
i(3)
)]
T
。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：余自权，杨钟煜，姜斌，程月华，徐贵力，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：