一种无线速度测量抗干扰的四旋翼无人机编队控制方法技术

本发明专利技术公开了一种无线速度测量抗干扰的四旋翼无人机编队控制方法，包括在三维空间中构建一个由多个四旋翼无人机组成的无人集群系统，并利用牛顿

【技术实现步骤摘要】
一种无线速度测量抗干扰的四旋翼无人机编队控制方法


[0001]本专利技术属于四旋翼无人机编队控制
，特别是涉及一种无线速度测量抗干扰的四旋翼无人机编队控制方法。

技术介绍

[0002]四旋翼无人机由于其具有尺寸小、重量轻、适应性强能垂直起降等特点已广泛应用于侦察监视、对地攻击、环境监测、资源勘探等军事和民事领域。但四旋翼无人机作为单平台执行任务存在侦察搜索范围有限、工作效率低，故障保障差等缺陷使得只适应于执行难度低、范围小的工作任务。相比之下，四旋翼无人集群系统有自主性更强、功能更多、时效性更好、抗毁性能更强、经济性更高等优势。因此，四旋翼无人集群系统如何高效安全的执行相应任务，吸引了越来越多本领域技术人员的研究关注。
[0003]编队控制是无人集群系统生成、保持、重构编队队形的关键技术之一。经过多年的研究发展形成了集中式、分散式、分布式三种控制结构。基于控制结构的经典控制策略有Leader
‑
follower方法、虚拟结构法、基于行为法及基于一致性方法等，每种控制策略都有其优点和缺点。其中，leader
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线速度测量抗干扰的四旋翼无人机编队控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S100：在三维空间中构建一个由多个四旋翼无人机组成的无人集群系统，并利用牛顿
‑
欧拉方程为每个四旋翼无人机建立带外界扰动和质量变化的动力学模型，基于所述动力学模型的控制目标是设计推力和转矩使每个四旋翼无人机满足预设条件；S200：设计位置环几何控制器实现各四旋翼无人机对虚拟领航者的轨迹跟踪并结合L1自适应控制方法抵抗平动运动学的外界扰动和四旋翼无人机的质量变化；S300：引入高阶微分器消除每个四旋翼无人机编队控制中对线速度测量的需求，并利用微分器估计出中间控制变量u
i
的一阶导和二阶导；S400：采用旋转矩阵表示四旋翼无人机的姿态，在李代数空间上设计几何姿态控制器实现对虚拟领航者的姿态跟踪并引入L1自适应控制方法抵抗旋转运动学的外界扰动。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立惯性坐标系I和机体坐标系B，S100中的动力学模型具体为：式中，i表示无人集群系统中四旋翼无人机的编号，和分别表示惯性坐标下每个四旋翼无人机的位置和线速度，R
i
∈SO(3)是每个四旋翼无人机的姿态，也表示从机体坐标系到惯性坐标系的旋转矩阵，表示机体坐标系下每个四旋翼无人机的角速度，分别表示p
i
，v
i
，R
i
，Ω
i
的一阶微分，符号“^”表示把向量映射成相应的反对称矩阵，g为恒定的重力加速度，e3＝[0,0,1]
T
，m
0,i
表示每个四旋翼无人机的标准质量，m
Δ,i
表示每个四旋翼无人机变化的质量，为每个四旋翼无人机的转动惯量，和分别表示每个四旋翼无人机的推力和转矩，d
f,i
和d
τ,i
分别为每个四旋翼无人机平动动力学和旋转动力学的外界扰动。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S100中的预设条件具体为：式中，j是四旋翼无人机的编号，与无人机i相邻，δ
ij
表示无人机i和j之间的相对位置，决定所需的编队模式，p0是虚拟领航者的时变轨迹，是p0的一阶微分，表示虚拟领航者的时变速度也即编队队形的参考线速度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S200包括：S210：定义无人集群系统中每个四旋翼无人机与虚拟领航者的单机跟踪误差如下：
式中，δ
i
表示第i个四旋翼无人机与虚拟领航者的期望相对位置，e
x,i
、e
x,i
分别表示第i个四旋翼无人机相对于虚拟领航者的位置跟踪误差和速度跟踪误差；S220：根据有向图理论，无人集群系统中每架四旋翼无人机的编队跟踪误差可以由下式给出：式中，ξ
x,i
、ξ
v,i
分别表示第i个四旋翼无人机的编队位置跟踪误差和编队速度跟踪误差，N
i
是能与第i个四旋翼无人机发生相互作用的无人机动态邻域集，a
i0
是第i个四旋翼无人机与虚拟领航者之间的通信拓扑值，如果四旋翼无人机i与领航者能通信则a
i0
的值为1，否则为0，a
ij
是邻接矩阵中的元素，a
ij
的值由下式给出：S230：基于PD设计中间辅助控制变量u
b,i
＝
‑
f
i
R
i
e3如下：式中，k
x
,k
v
是正增益控制参数，为虚拟领航者的加速度；S240：定义则每个四旋翼无人机位置误差动态方程表示为：式中是零矩阵,是单位...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪志强，胡扬，王耀南，林琼，占巍巍，杨添壹，王思飞，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：