【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种考虑内部防撞的无人机编队运行控制方法、装置及无人机，属于无人机。
技术介绍
1、四旋翼无人机拥有很高的感知能力，可以在复杂环境中完成一定的任务。但是，在更多复杂的场景下，多无人机编队协同会表现出更好的效果，比如大范围三维重建、大范围环境监控等。多无人机协同编队系统比单架无人机在任务完成效率上有更大的优势，因此很多研究者们对多无人机编队协同系统进行了大量的研究。
2、四旋翼无人机编队体系结构按照是否将编队算法集中在一起计算可分为集中式和分布式两种编队控制体系结构。集中式拥有所有无人机全部信息且拥有中心计算，因此可以较为容易的计算出无人机的运动，并且可得到每个无人机的最优路径，但是当无人机数量非常多的时候，计算量会变得很大，无法实现实时性。因此，对于数量非常多的多无人机编队协同系统，多采用分布式编队系统，将计算量均匀分配到每个无人机，从而不会因为编队数量非常多而使单个计算的计算量增加，因此具有更好的实时性，并且鲁棒性也要强于集中式编队控制系统，但是，分布式编队系统对无人机的控制只关心其与周围可通信的其他无人机的位置关系，从而可能导致与其他无通信关系的无人机之间产生碰撞。
技术实现思路
1、本申请提供一种考虑内部防撞的无人机编队运行控制方法、装置及无人机，以解决现有的分布式编队系统在控制无人机编队运行时，可能出现无人机编队内部碰撞的问题。
2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
3、第一方面，本申请实施例提供一种考虑内部防撞的无人
4、基于一致性编队控制律确定无人机的编队控制速度分量；
5、基于人工势场法确定无人机因受到的斥力场而产生的防撞控制速度分量；其中，无人机受到的斥力场为受到的所有其他无人机的斥力的叠加；
6、获取无人机编队的轨迹跟随速度分量；
7、将所述编队控制速度分量、所述防撞控制速度分量和所述轨迹跟随速度分量进行叠加，得到无人机的期望速度，并基于所述期望速度控制所述无人机编队运行。
8、基于以上的方法，可选地，两个无人机的距离大于安全距离时，两个无人机之间的斥力为零；两个无人机的距离小于或等于安全距离时，随着距离的减小，两个无人机之间的斥力大小呈指数上升。
9、基于以上的方法，可选地，无人机i因受到无人机j的斥力而产生的避障速度通过如下公式确定：
10、
11、式中，为无人机i因受到无人机j的斥力而产生的避障速度，ka为设定的斥力增益，ka>0，ε和ρ均为设定的常数，且ε>0，0<ρ<r，r为设定的安全距离，vij为无人机i和无人机j之间连线的反方向，表示速度分量的方向，|vij|＝1，dij为无人机i和无人机j的距离。
12、基于以上的方法，可选地，常数ρ满足：ρ>r/2。
13、基于以上的方法，可选地，所述防撞控制速度分量的组成部分包括一个随机速度，所述随机速度用于避免所述编队控制速度分量与所述防撞控制速度分量的叠加后的速度等于零。
14、基于以上的方法，可选地，无人机i因受到无人机j的斥力而产生的避障速度通过如下公式确定：
15、
16、式中，为无人机i因受到无人机j的斥力而产生的避障速度，vrand为通过随机函数生成的随机速度，ka为设定的斥力增益，ka>0，ε和ρ均为设定的常数，且ε>0，0<ρ<r，r为设定的安全距离，vij为无人机i和无人机j之间连线的反方向，表示速度分量的方向，|vij|＝1，dij为无人机i和无人机j的距离。
17、第二方面，本申请实施例还提供一种考虑内部防撞的无人机编队运行控制装置，其包括：
18、第一确定模块，用于基于一致性编队控制律确定无人机的编队控制速度分量；
19、第二确定模块，用于基于人工势场法确定无人机因受到的斥力场而产生的防撞控制速度分量；其中，无人机受到的斥力场为受到的所有其他无人机的斥力的叠加；
20、第三确定模块，用于获取无人机编队的轨迹跟随速度分量；
21、控制模块，用于将所述编队控制速度分量、所述防撞控制速度分量和所述轨迹跟随速度分量进行叠加，得到无人机的期望速度，并基于所述期望速度控制所述无人机编队运行。
22、基于以上的装置，可选地，两个无人机的距离大于安全距离时，两个无人机之间的斥力为零；两个无人机的距离小于或等于安全距离时，随着距离的减小，两个无人机之间的斥力大小呈指数上升。
23、基于以上的装置，可选地，所述防撞控制速度分量的组成部分包括一个随机速度，所述随机速度用于避免所述编队控制速度分量与所述防撞控制速度分量的叠加后的速度等于零。
24、第三方面，本申请实施例还提供一种无人机，其包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器调用并执行所述计算机程序时，实现如第一方面任意一项所述的考虑内部防撞的无人机编队运行控制方法。
25、本申请提供的考虑内部防撞的无人机编队运行控制方法、装置及无人机中，通过一致性编队控制律确定无人机的编队控制速度分量后，再基于人工势场法确定无人机因受到的斥力场而产生的防撞控制速度分量，进而在将编队控制速度分量、防撞控制速度分量以及获取的轨迹跟随速度分量进行叠加后，即可得到用于控制无人机编队运行的期望速度，且基于人工势场法确定的防撞控制速度分量考虑了无人机编队内部发生碰撞的可能性，也即可以实现防撞控制，从而避免出现无人机编队内部碰撞的问题。
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1.一种考虑内部防撞的无人机编队运行控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，两个无人机的距离大于安全距离时，两个无人机之间的斥力为零；两个无人机的距离小于或等于安全距离时，随着距离的减小，两个无人机之间的斥力大小呈指数上升。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，无人机i因受到无人机j的斥力而产生的避障速度通过如下公式确定：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，常数ρ满足：ρ>R/2。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述防撞控制速度分量的组成部分包括一个随机速度，所述随机速度用于避免所述编队控制速度分量与所述防撞控制速度分量的叠加后的速度等于零。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，无人机i因受到无人机j的斥力而产生的避障速度通过如下公式确定：
7.一种考虑内部防撞的无人机编队运行控制装置，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，两个无人机的距离大于安全距离时，两个无人机之间的斥力为零；两个无人机的距离小于
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述防撞控制速度分量的组成部分包括一个随机速度，所述随机速度用于避免所述编队控制速度分量与所述防撞控制速度分量的叠加后的速度等于零。
10.一种无人机，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器调用并执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至6任意一项所述的考虑内部防撞的无人机编队运行控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑内部防撞的无人机编队运行控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，两个无人机的距离大于安全距离时，两个无人机之间的斥力为零；两个无人机的距离小于或等于安全距离时，随着距离的减小，两个无人机之间的斥力大小呈指数上升。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，无人机i因受到无人机j的斥力而产生的避障速度通过如下公式确定：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，常数ρ满足：ρ>r/2。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述防撞控制速度分量的组成部分包括一个随机速度，所述随机速度用于避免所述编队控制速度分量与所述防撞控制速度分量的叠加后的速度等于零。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，无人机i...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，饶桐，李东波，张志强，冯建辉，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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