无人设备集群协同航行控制方法技术

本申请适用于无人控制技术领域，提供了无人设备集群协同航行控制方法，包括：获取无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息；根据无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息，生成当前无人设备的操控参数；执行操控参数，以协同其他至少一个无人设备的航行控制，实现了在获得局部信息的条件下完成环航任务，提高了无人设备的性能，并且减小了不必要的控制损耗

【技术实现步骤摘要】
无人设备集群协同航行控制方法、装置及无人设备


[0001]本申请属于无人设备控制
，尤其涉及无人设备集群协同航行控制方法
、
装置
、
无人设备及计算机可读存储介质
。

技术介绍

[0002]近年来，随着对网络化无人系统广泛应用，针对网络化无人系统的协同控制研究与日俱增，其中，协同环航
(Cooperative circumnavigation,CCN)
作为实现无人系统任务的关键技术，它是在保持期望编队构型的情况下，能够引导多辆无人车绕一个静态或动态目标进行圆周运动
。
网络化无人系统主要包括：航天器
(Spacecraft),
飞艇
(airship),
无人机
(unmanned aerial vehicle(UAV)),
无人车
(unmanned ground vehicle(UGV)),
无人船
(unmanned surface vehicle(USV),
无人潜水器
(unmanned underwater vehicle(UUV))
等对应的无人系统，网络化无人系统可应用于资源定位
、
环境勘测以及机器人的安全与监控等
。
[0003]目前，与集群环绕控制问题相比，由于协同环航问题可以将被环绕的中心作为实际的网络无人系统任务的主设备或感兴趣的目标，因此，如何设计控制算法解决实际的协同环航问题成为学者们关注的焦点
。
因此，围绕协同环航问题也面临较大的技术挑战，如分布式内部通信
、
高精度制导和多几何编队构型控制
。
目前针对这些问题已有了一定的研究，然而上述研究方法又有一些不足，例如：研究结果仅限于平面环航，且要求无人设备的环行轨迹是有序的和所有无人设备都必须获得监测物体的全局信息，即监测物体的位置
、
速度
、
加速度等，还需要获得无人设备的全局信息，包括所有无人设备的位置
、
速度
、
加速度等，这样会增大无人设备的信息负载，导致无人设备的性能降低，并且会给控制系统带来不必要的控制损耗
。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了无人设备集群协同航行控制方法
、
装置
、
无人设备及计算机可读存储介质，可以提升无人设备的性能，避免控制系统不必要的控制损耗问题
。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种无人设备集群协同航行控制方法，包括：
[0006]在第一方面的一种可能的实现方式中，获取所述无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息；
[0007]根据所述无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息，生成当前无人设备的操控参数；
[0008]执行所述操控参数，以协同所述其他至少一个无人设备的航行控制
。
[0009]第二方面，本申请实施例提供了一种无人设备集群协同航行控制装置，包括：
[0010]信息获取模块，用于获取所述无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息；
[0011]参数生产模块，用于根据所述无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位
置信息和速度信息，生成当前无人设备的操控参数；
[0012]控制模块，用于执行所述操控参数，以协同所述其他至少一个无人设备的航行控制
。
[0013]第三方面，本申请实施例提供了一种无人设备，包括存储器
、
处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面的无人设备集群协同航行控制方法
。
[0014]第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上第一方面所述的无人设备集群协同航行控制方法
。
[0015]第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在无人设备上运行时，使得无人设备执行上述第一方面中任一项所述的无人设备集群协同航行控制方法
。
[0016]可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述
。
[0017]本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：可以通过获取无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息；根据无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息，生成当前无人设备的操控参数；执行操控参数，以协同其他至少一个无人设备的航行控制，实现了在获得局部信息的条件下完成环航任务，提高了无人设备的性能，并且减小了不必要的控制损耗
。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0019]图1是本申请实施例一提供的一种无人设备集群协同航行控制方法的流程示意图；
[0020]图2是本申请实施例二提供的一种无人设备集群协同航行控制方法的流程示意图；
[0021]图3是本申请实施例三提供的一种无人设备集群协同航行控制方法的控制律构建流程示意图；
[0022]图4为采用本申请的无人设备集群协同航行控制方法仿真
16
架网络化无人机以静态监测物体为中心的环航轨迹图；
[0023]图5为采用本申请的无人设备集群协同航行控制方法仿真
16
架网络化无人机的编队误差仿真结果；
[0024]图6为采用本申请的无人设备集群协同航行控制方法仿真
16
架网络化无人机的控制仿真结果；
[0025]图7为采用本申请的无人设备集群协同航行控制方法仿真
12
架网络化无人机围绕静止目标并以不同半径轨道环航的环航轨迹图；
[0026]图8为采用本申请的无人设备集群协同航行控制方法仿真
12
架网络化无人机围绕动态监测物体的环航轨迹图；
[0027]图9为采用本申请的无人设备集群协同航行控制方法仿真
24
架网络化无人机围绕静态监测物体在空间上三个不同轨道的环航轨迹图
。
[0028]图
10
是本申请实施例四提供的无人设备集群协同航行控制装置的结构示意图；
[0029]图
11
是本申请实施例五提供的无人设备的结构示意图
。
具体实施方式
[0030]以下描述中，为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种无人设备集群协同航行控制方法，其特征在于，包括：获取所述无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息；根据所述无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息，生成当前无人设备的操控参数；执行所述操控参数，以协同所述其他至少一个无人设备的航行控制
。2.
如权利要求1所述的无人设备集群协同航行控制方法，其特征在于，所述当前无人设备为领航者，所述方法还包括：获取监测物体当前的位置信息和速度信息；相对应地，所述根据所述无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息，生成当前无人设备的操控参数，包括：根据所述监测物体和所述无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息，生成当前无人设备的操控参数
。3.
如权利要求2所述的无人设备集群协同航行控制方法，其特征在于，所述根据所述监测物体和所述无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息，生成当前无人设备的操控参数，包括：根据所述速度信息和所述当前无人设备的速度，结合势函数进行分析，获得领航者的追踪速度误差以及期望的环航加速度；根据所述追踪速度误差
、
所述期望的环航加速度
、
所述当前无人设备的位置和所述位置信息，通过控制律进行分析，生成当前无人设备的操控参数
。4.
如权利要求3所述的无人设备集群协同航行控制方法，其特征在于，所述控制律为：其中，为第
i
个领航者的追踪速度误差；
S
为预设的缩放矩阵；为第
i
个领航者期望的环航加速度；
k4为第一控制增益，为正常数；
λ
i
为所述位置信息处理的辅助变量；
T
表示转置；表示的广义逆矩阵；
u
i
为第
i
个领航者的操控参数，
u
i
＝
[u
x
，
i
，
u
y
，
i
，
u
z
，
i
]
T
，
u
x
，
i
为作用在第
i
个领航者
x
轴上的控制力，
u
y
，
i
是作用在第
i
个领航者
y
轴上的控制力，
u
z
，
i
是作用在第
i
个领航者
z
轴上的控制力；所述位置信息处理的辅助变量
λ
i
为：其中，
μ
i
为第
i
个领航者对应于预设速度
χ
的期望环行速度；为第
i
个领航者接收位置信息和速度信息的权重和，
ω
ij
表示第
i
个领航者接收第
j
个无人设备位置信息和速度信息的权重，为无人设备集群中所有向第
i
个领航者发送位置信息和速度信息的无人设备集合；
k1为第二控制增益，为正常数；
k2为第三控制增益，为正常数；
z
i
为第一辅助变量，一辅助变量，
qi
为仿射变换后第
i
个领航者的坐标，
qj
为仿射变换后第
j
个无人设备的坐标；
P
i
，
α
为第一势函数；
q
ih
为仿射变换后第
i
个领航者的目标位置；
为第二势函数；为仿射变换后无人设备
j
的速度，表示仿射变换后监测物体的速度
。5.
如权利要求4所述的无人设备集群协同航行控制方法，其特征在于，所述预设的缩放矩阵为：其中，
S
为预设的缩放矩阵，
r
h
表示与预设椭圆相对应的圆形半径；所述预设椭圆的半短轴为
l
m
，所述预设椭圆的半长轴为
l
M
，
γ
为第一单位向量，
β
为第二单位向量，
α
为单位法向量
。6.
如权利要求1所述的无人设备集群协同航行控制方法，其特征在于，所述当前无人设备为跟随者，所述根据所述无人设备集群中的其他至少一个无人设备当前的位置信息和速度信息，生成当前无人设备的操控参数，包括：根据所述位置信息
、
所述速度信息
、
所述当前无人设备的位置和当前无人设备的加速度，通过控制律进行分析，生成当前无人设备的操控参数
。7.
如权利要求6所述的无人设备集群协同航行控制方法，其特征在于，所述控制律为：其中，表示第二辅助变量
v
zm
的导数，
v
zm
为第二辅助变量，为第二辅助变量，为第
m
个跟随者接收位置信息和速度信息的权重和，
ω
mn
表示第
m
个跟随者接收第
n
个无人设备位置信息和速度信息的权重，
z
m
为第一辅助变量，
q
m
为仿射变换后第
m
个跟随者的坐标，
q
n
为仿射...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东禹，季锐航，喻豪勇，
申请(专利权)人：苏州工业园区新国大研究院，
类型：发明
国别省市：