【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人机编队控制，更具体地说，涉及一种基于事件触发机制的随机时延无人机编队控制方法。
技术介绍
1、近年来，无人机编队控制问题已经成为控制领域中备受瞩目的焦点。这一问题涉及到如何有效地控制多个无人机，使它们能够在特定的方向或朝着特定目标运动时保持稳定，同时还需要适应不同的环境条件。随着无人机技术在商业、科研和军事领域的广泛应用，编队控制的重要性也逐渐凸显出来，针对无人机编队控制的研究日益受到重视。
2、目前无人机编队控制方法包括领航跟随法、基于行为法、人工势场法、基于图论法、虚拟结构法等。近年来，基于图论法的多智能体系统的分布式控制在多无人机编队中得到了广泛的研究。无人机之间及时、准确、完整的信息交互对于编队控制至关重要，然而，在实际的信息交互过程中，恶劣天气、电磁干扰以及通信堵塞等因素常常导致无人机之间交互信息的通信时延现象。这些时延可能严重影响无人机系统的性能和稳定性。然而在实际应用中，通信时延通常具有随机性。例如，在期刊《information sciences》2021年发表的论文“mean-square consensus forheterogeneous multi-agent systemswithprobabilistictime delay”中研究了带有随机时延的二阶积分模型多无人机系统的一致性问题。专利cn111781945a则将多智能体理论应用于二阶多无人机系统编队建模。此外，一些多无人机编队控制算法是基于连续时间采样机制即控制信号需要实时更新，这样会造成网络资源的大量消耗，甚至会造
3、综上所述，如何基于上述研究现状，设计出一种基于事件触发机制的随机时延无人机编队控制方法，并将其运用到四旋翼无人机编队飞行中，以克服现有技术中所存在的诸多不足，也就成为了本领域内技术人员所共同关注的问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在克服现有技术的不足，提供一种基于事件触发机制的随机时延无人机编队控制方法，在噪声环境下研究无领导者多无人机编队控制问题，采用基于事件触发的策略来降低通信次数和资源浪费。考虑到通信噪声和随机时延的影响，采用bernoulli随机分布来描述时延发生的随机性。给出了多无人机系统的稳定性条件，确保无人机在噪声环境和随机时延的影响下能够实现编队控制。
2、为了解决上述技术问题至少之一，根据本专利技术的一方面，提供了一种基于事件触发机制的随机时延无人机编队控制方法，包括如下步骤：
3、s1、在二维平面建立无人机的模型及机间信息传递的有向图，并通过变量代换将模型转化为线性双积分模型；
4、s2、设计分布式编队控制协议和事件触发策略；
5、s3、通过设计辅助变量将系统转化为误差系统，进一步将系统方程转化成矩阵形式，并借助lyapunov-krasovskii函数和lmi技术，研究得出了实现编队的条件；
6、s4、确保无人机在噪声环境和随机时延的影响下能够实现编队控制。
7、进一步的，s1具体为：在二维平面沿着x,y方向建立无领导者的多无人机运动学模型，以四旋翼无人机为例，此时，第i个无人机运动学模型表示为：
8、
9、其中xi∈r,yi∈r分别为第i架无人机在惯性坐标系下的位置；vi∈r表示第i架无人机的空速；ui(t)∈r表示第i架无人机的控制输入；mi为第i架无人机的质量；θi表示第i架无人机的航向角，即无人机i的航向与x轴所成的夹角；vw和θw分别表示风速和风向；假设航向角θi保持固定不变，且所有的无人机置于均匀强度的风场中，即风对所有无人机的作用都相同；且风速为一个有界值，即0＜vw＜vwmav；
10、定义pi(t)＝[xit(t),yit(t)]和vi(t)＝[vxit(t),vyit(t)]分别表示第i个智能体在二维空间中的位置和速度，通过变量代换将模型(1)转化为线性双积分模型：
11、
12、式中
13、利用n个顶点组成的有向图g＝{v,e,a}来描述无人机之间的通讯关系，其中边集e＝{κij＝(vi,vj),i≠j}∈v×v是有向边组成的集合，表示顶点之间存在交互；v＝{v1,…,vn}表示n个多无人机节点的集合；邻接矩阵a＝[aij]表示相互作用强度，元素aij(i,j∈{1,…,n})是非负的且aii＝0，当节点i得到节点j的信息时，aij＞0，否则aij＝0；顶点i的相邻集表示为ni＝{vj∈v,κji＝(vj,vi)∈e}，度矩阵d＝diag{deginvi,i∈{1,…,n}}，其中拉普拉斯矩阵l＝d-a。
14、进一步的，s2中，存在一个控制器使得：
15、
16、其中di为编队队形的虚拟中心与无人机i的间距。
17、进一步的，s2中，基于事件触发的随机时延二阶多无人机系统无领导者编队控制器设计如下：
18、
19、其中k>0为控制增益系数；τ＞0为时延量；分别代表无人机j和i的最后事件触发时刻，di为编队队形的虚拟中心与无人机i的间距，σi表示噪声强度，ni(t)为标准白噪声，β(t)是一个随机变量，表示发生通信时延的概率，该变量服从bernoulli分布，满足如下条件：
20、
21、且
22、
23、其中c∈[0,1]，prob表示概率。
24、进一步的，s3中，引入辅助变量：
25、
26、其中vd是队形虚拟中心的速度，也是编队的期望速度；pd表示编队虚拟中心的位置；当t→∞，即pi-pd→di，此时无人机形成稳定的编队队形；当t→∞，即vi→vd，也就是无人机的速度趋于一致；
27、将控制器代入系统式(2)可得：
28、
29、由于考虑的是分布式情况，每个无人机根据来自其相邻无人机的信息确定的事件时间更新自己的控制输入；定义无人机位置误差、速度误差定义为：
30、
31、
32、则系统式(2)转化为误差系统：
33、
34、式中ep(t)＝[ep1(t),ep2(t),…,epn(t)]t为无人机位置误差矩阵形式；无人机速度误差矩阵形式表示为ev(t)＝[ev1(t),ev2(t),…,evn(t)]t，令
35、噪声强度矩阵形式为∑＝diag(σ1,σ2,…,σn)，白噪声序列矩阵形式为w(t)＝[w1(t),w2(t),…,wn(t)]t表示为一个n维标准布朗运动；
36、令则上面系统方程转化成矩阵形式：
37、
38、式中
39、转化为微分方程形式为：
40、
41、为减少通讯负担，构造如下事件触发函数：
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【技术保护点】
1.一种基于事件触发机制的随机时延无人机编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1具体为：在二维平面沿着x,y方向建立无领导者的多无人机运动学模型，以四旋翼无人机为例，此时，第i个无人机运动学模型表示为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S2中，存在一个控制器使得：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S2中，基于事件触发的随机时延二阶多无人机系统无领导者编队控制器设计如下：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，S3中，引入辅助变量：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，S4中，对提出的事件触发函数不存在Zeno现象，予以证明：两次事件触发时间间隔有严格的正时间的下界，该严格正时间h如下所示：
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，S4中，基于事件触发机制的随机时延无人机编队控制方法的有效性予以验证：
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现如权利要求1～7中任一项所述的基于
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～7中任一项所述的基于事件触发机制的随机时延无人机编队控制方法中的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于事件触发机制的随机时延无人机编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1具体为：在二维平面沿着x,y方向建立无领导者的多无人机运动学模型，以四旋翼无人机为例，此时，第i个无人机运动学模型表示为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，s2中，存在一个控制器使得：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，s2中，基于事件触发的随机时延二阶多无人机系统无领导者编队控制器设计如下：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，s3中，引入辅助变量：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，s4中，对提出的事件触发...
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