一种多机协同动态障碍穿越方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多机协同动态障碍穿越方法及系统，涉及人工智能与控制技术领域，在仿真飞行环境中，运用二次规划优化控制策略执行飞行任务，穿过动态障碍区域，记录第一视角图像以及与四旋翼的全局姿态关系用于数据集的生成；搭建神经网络，通过梯度下降算法建立图像与决策变量间的关系，完成规划策略的离线学习；在实际飞行中，通过第一视角的图像以及所得的规划策略实时更新决策变量取值，并以该变量为关键参数，基于飞行器当前状态、友方状态以及参考状态，从而完成在线运动规划，实现多机协同动态障碍穿越。多机协同动态障碍穿越。多机协同动态障碍穿越。

【技术实现步骤摘要】
一种多机协同动态障碍穿越方法及系统


[0001]本专利技术涉及人工智能与控制
，更具体的说是涉及一种多机协同动态障碍穿越方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，在“动态”“避障”“协同控制”这三个关键词中其中某一项或兼具某两项的技术已有较为成熟的方案以及研究成果，一部分实现了单机在动态障碍环境中的安全飞行；另一部分则是实现了在静态障碍环境中的协同编队控制，能够在保持稳定队形的前提下通过障碍区域，但同时兼顾三者的取得成果的研究屈指可数。
[0003]但是，在现有专利《一种多无人机分布式协同编队规避动态障碍的方法》中，为了使数据集的样本容量充分以保证学习策略的普适性，数据采集需通过仿真环境采集，而由于现实环境中安装误差、环境扰动的存在，现有的仿真环境不可能保证旋翼电机转速和旋翼运动状态之间的映射关系(即系统的数学模型)与实飞条件下完全一致，而即使是很小的误差引入，也会由于误差的累积，最终导致学习结果与实际映射关系欠拟合，即基于数据集(仿真环境)的学习结果在测试集(实机飞行)中表现欠佳。另外，在飞行前还需要通过激光雷达建模和处理技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多机协同动态障碍穿越方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立四旋翼旋翼动力学模型，获得四旋翼的全局姿态关系；步骤2、建立运动障碍动力学模型，确定动态障碍区域；步骤3、确定四旋翼旋翼目标函数，并建立二次规划优化控制策略；步骤4、基于二次规划优化控制策略执行飞行任务，穿过动态障碍区域，并记录第一视角图像以及安全空间中心的相对位置关系；步骤5、利用策略搜索生成数据集，并记录最优决策参数；步骤6、建立神经网络，通过梯度下降算法建立图像与决策变量间的关系，完成规划策略的离线学习；步骤7、通过步骤4中获得的第一视角的图像以及步骤6中获得的规划策略实时更新决策变量取值，并以更新的决策变量为关键参数，基于飞行器当前状态、参考状态以及通过步骤1获得的全局姿态关系中的友方状态，完成在线运动规划，实现多机协同动态障碍穿越。2.根据权利要求1所述的一种多机协同动态障碍穿越方法，其特征在于，步骤1中四旋翼旋翼动力学模型为：翼旋翼动力学模型为：翼旋翼动力学模型为：其中，V
W
＝[v
q,x
,v
q,y
,v
q,z
]
T
和p
W
＝[p
q,x
,p
q,y
,p
q,z
]
T
在世界坐标系W中表示速度和位置，四元数q
W
＝[q
q,w
,q
q,x
,q
q,y
,q
q,z
]
T
表示姿态，Λ(ω
B
)是一个偏对称矩阵，g＝[0,0,
‑
g
z
]
T
是重力向量，x
q
＝[p
W
,V
W
,q
W
]
T
和u
q
＝[c,ω
x
,ω
y
,ω
z
]
T
分别表示四旋翼的状态和控制输出，其中，c＝[0,0,c]
T
为推力的质量归一化向量，ω
B
＝[ω
x
,ω
y
,ω
z
]
T
表示体坐标系B中的旋转速率。3.根据权利要求1所述的一种多机协同动态障碍穿越方法，其特征在于，步骤2中所述运动障碍动力学模型为单摆，摆锤视为质点，质量为m
p
，固定在非弹性绳L的末端，绳子质量忽略，悬挂在一个固定的枢轴点P
W,P
＝[x
f
,y
f
,z
f
]，单摆会受到三种力：绳子施加的张力、重力，以及由空气和摩擦产生的阻尼与角速度成正比，其中b∈R
+
为阻尼系数，单摆的动力学为：数，单摆的动力学为：其中，θ为偏离垂直方向的度位移，单摆的运动平面为y
‑
z平面内，其运动状态记为x
p
＝[x
p
,y
p
,z
p
,v
px
,v
py
,v
pz
,q
pw
,q
px
,v
py
,v
pz
]。4.根据权利要求1所述的一种多机协同动态障碍穿越方法，其特征在于，步骤3中所述四旋翼旋翼目标函数：
其中，为四旋翼的状态，为控制动作，H为时间范围，d
t

【专利技术属性】
技术研发人员：叶波波，徐华兴，杨东晓，杨亚超，杨成伟，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：