一种不依靠速度反馈的无人机编队鲁棒控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种不依靠速度反馈的无人机编队鲁棒控制方法及系统，属于无人机集群控制的技术领域。本发明专利技术首先建立无人机编队的有向通讯链路和无人机集群编队的运动模型；然后建立不依靠速度信息反馈的无人机控制律，实现期望的编队飞行；进一步，设计干扰估计补偿控制律，抑制多种干扰影响；最后，将不依靠速度信息反馈的无人机控制律和干扰估计补偿控制律相结合，组成鲁棒合成控制律，实现对无人机编队高精度控制。本发明专利技术可以实现无人机编队在无速度信息情况下的编队飞行，可以显著提高无人机编队飞行的精确性。编队飞行的精确性。编队飞行的精确性。

【技术实现步骤摘要】
一种不依靠速度反馈的无人机编队鲁棒控制方法及系统


[0001]本专利技术属于无人机编队控制的
，尤其涉及一种不依靠速度反馈的无人机编队鲁棒控制方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着人工智能的发展，无人机编队协同控制逐渐被各个领域所关注。目前在农业、消防、物流、军事行动中被广泛使用。然而，随着任务复杂难度的增大，对无人机编队控制精度提出了严格要求。
[0003]对于无人机编队来说，编队控制是指设计编队控器使多架无人机在某个状态层面形成特定的队形组合飞行，而且编队队形可以随着外部环境变化及任务要求随时调整。
[0004]目前，一些专利文献已提出了无人机编队控制方法，如：中国专利CN111522362B公开了一种无线速度反馈的四旋翼无人机的分布式编队控制方法。中国专利CN111897358B公开了一种基于自适应滑模的无人机编队容错控制方法。虽然现有的一些控制方法可以实现编队飞行，但是，在编队控制时使用位置和速度信息。在测量获取速度和位置信息时会引入更多的负面干扰，严重影响编队控制精度。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术公开了一种不依靠速度反馈的无人机编队鲁棒控制方法及系统，用以解决现有技术中的无人机编队因速度测量而引入干扰影响的问题。
[0006]本专利技术一方面，提供了一种不依靠速度反馈的无人机编队鲁棒控制方法，包括以下步骤：步骤一、建立无人机编队的有向通讯链路并确定编队中心：无人机编队的有向通讯链路表示为：G=（V,E）；其中，V为无人机节点的集合，V={t1,t2,
…
,t
n
}，n为无人机节点的总数；无人机节点t
i
与无人机节点t
j
之间有信息交换，二者互为邻居节点，i∈n,j∈n,i≠j，每对邻居节点之间的边为(i,j)和(j,i)；E为无人机节点中邻居节点之间边的集合，E={(i,j)，(j,i)}，A=[a
ij
]表示邻居权重矩阵；a
ij
表示无人机节点t
i
与无人机节点t
i
的第j架邻居无人机通信的权重系数；无人机节点t
i
的邻居无人机节点t
j
集合为N
i
，N
i
={(t
j
|(i,j)∈E}，j=1,2,
…
,s，s为无人机节点t
i
的邻居无人机节点t
j
总数；惯性坐标系中，编队中心的位置坐标为p0=[x0,y0,z0]；无人机节点t
i
的位置坐标为p
i
=[x
i
,y
i
,z
i
]；无人机节点t
i
的邻居无人机节点t
j
的位置坐标为p
j
=[x
j
,y
j
,z
j
]；步骤二、建立无人机集群编队的运动模型：
其中，m
i
表示无人机节点t
i
的质量；表示无人机节点t
i
在飞行过程中的加速度向量；B
i
表示无人机节点t
i
的系统参数矩阵；ui表示无人机节点t
i
的旋翼产生的控制力输入；G
i
表示无人机节点t
i
在飞行过程中受到的重力；D
i
表示无人机节点t
i
受到的外界环境干扰力；步骤三、根据步骤二中的无人机节点的运动模型，建立不依靠速度反馈的无人机节点的控制律；步骤四、根据步骤二中的无人机节点的运动模型，建立干扰估计补偿控制律；步骤五、将步骤三中的不依靠速度反馈的无人机节点的控制律和步骤四的无人机干扰估计补偿控制律相结合，组成鲁棒控制律。
[0007]可选地，步骤三中的不依靠速度反馈的无人机节点的控制律为：其中，表示不依靠速度反馈的无人机节点t
i
的控制律；表示无人机节点t
i
的系统参数矩阵B
i
的逆矩阵；K1，K2，K3和K4表示无人机节点t
i
的控制器增益矩阵；表示无人机节点t
i
的控制器参数设计辅助变量；表示无人机节点t
i
与编队中心链接的权重系数；h
i
表示无人机节点t
i
与编队中心的位置偏差；h
ij
表示无人机节点t
i
与邻居无人机节点t
j
的位置偏差；tanh表示数学中双曲正切函数；表示辅助变量的微分量。
[0008]可选地，步骤四中的无人机干扰估计补偿控制律为：其中，表示无人机节点t
i
受到的干扰第一状态估计值；表示无人机节点t
i
受到的干扰第二状态估计值；表示干扰控制律参数矩阵；和表示变量干扰第一状态估计值和干扰第二状态估计值的微分；表示待设计的干扰估计补偿控制律参数；表示干扰估计补偿控制律。
[0009]可选地，外界环境干扰力为外界风扰影响而产生的干扰力。
[0010]本专利技术的另一专利技术，提供了一种不依靠速度反馈的无人机编队鲁棒控制系统，使用前述的控制方法对无人机集群进行无速度信息反馈的编队控制，包括不依靠速度反馈的无人机节点控制模块、干扰估计补偿控制模块和鲁棒合成控制模块；不依靠速度反馈的无人机节点控制模块，用于实现无速度反馈信息下的编队飞行；干扰估计补偿控制模块，用于抑制多种外界干扰影响；鲁棒合成控制模块，用于将不依靠速度反馈的无人机节点控制模块控制输入和干扰估计补偿控制模块控制输入合成鲁棒控制输入。
[0011]与现有技术相比，本专利技术至少具有现如下有益效果：（1）本专利技术方法建立的无人机编队运动模型和编队系统，构建鲁棒干扰控制律，实现无人机编队飞行，解决了传统控制方法需要速度信息反馈的问题，提高了编队控制精度。
[0012]（2）本专利技术的不依靠速度反馈的无人机节点控制模块，可以实现无速度反馈信息下的编队控制。
[0013]（3）本专利技术的干扰估计补偿控制模块，可以有效抑制多种外界干扰影响。具有较好的鲁棒性，实现在无速度信息的条件下无人机编队安全稳定完成期望的编队任务。
[0014]（4）本专利技术的方法复杂度低，易于实现。
附图说明
[0015]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。
[0016]图1是无人机在惯性坐标系和本体坐标系下示意图；图2是本专利技术的无人机集群编队控制系统的结构图；图3是本专利技术的实施例中3架无人机集群编队通讯拓扑结构图；图4是本专利技术的实施例中3架无人机飞行时的三维飞行轨迹。
具体实施方式
[0017]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不依靠速度反馈的无人机编队鲁棒控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立无人机编队的有向通讯链路并确定编队中心：无人机编队的有向通讯链路表示为：G=（V,E）；其中，V为无人机节点的集合，V={t1,t2,
…
,t
n
}，n为无人机节点的总数；无人机节点t
i
与无人机节点t
j
之间有信息交换，二者互为邻居节点，i∈n, j∈n, i≠j，每对邻居节点之间的边为(i,j)和(j,i)；E为无人机节点中邻居节点之间边的集合，E={(i,j)，(j,i)}，A=[a
ij
]表示邻居权重矩阵；a
ij
表示无人机节点t
i
与无人机节点t
i
的第j架邻居无人机通信的权重系数；无人机节点t
i
的邻居无人机节点t
j
集合为N
i
，N
i
={(t
j
|(i,j)∈E}，j=1,2,
…
,s，s为无人机节点t
i
的邻居无人机节点t
j
总数；惯性坐标系中，编队中心的位置坐标为p0=[x0,y0,z0]；无人机节点t
i
的位置坐标为p
i
=[x
i
,y
i
,z
i
]；无人机节点t
i
的邻居无人机节点t
j
的位置坐标为p
j
=[x
j
,y
j
,z
j
]；步骤二、建立无人机集群编队的运动模型：其中，m
i
表示无人机节点t
i
的质量；表示无人机节点t
i
在飞行过程中的加速度向量；B
i
表示无人机节点t
i
的系统参数矩阵；ui表示无人机节点t
i
的旋翼产生的控制力输入；G
i
表示无人机节点t
i
在飞行过程中受到的重力；D
i
表示无人机节点t
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕金虎，刘德元，刘克新，谷海波，高庆，
申请(专利权)人：中国科学院数学与系统科学研究院，
类型：发明
国别省市：