一种四旋翼无人机编队的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术设计四旋翼无人机飞行管理，尤其设计一种四旋翼无人机编队的控制方法及系统。该方法主要包括以下步骤：leader机获得编队飞行的路径和各个follower机的飞行信息、整个无人机群包括地面站之间组网通信、follower机接收飞行信息、控制leader机与follower机之间的距离和方向；该系统主要包括以下模块：四旋翼无人机飞控、无线通信组网模块、光流传感器定位模块和地面装置。

A Control Method and System for Four-Rotor UAV Formation

The invention designs the flight management of a Four-rotor UAV, in particular a control method and system for the formation of a Four-rotor UAV. The method mainly includes the following steps: the leader aircraft obtains the flight path of formation flight and the flight information of each follower aircraft; the whole UAV fleet includes networking communication between ground stations; the follower aircraft receives flight information; the distance and direction between the leader aircraft and follower aircraft are controlled; the system mainly includes the following modules: Four-rotor UAV flight control, wireless communication networking module, optical flow module. Sensor positioning module and ground device.

【技术实现步骤摘要】
一种四旋翼无人机编队的控制方法及系统
本专利技术设计四旋翼无人机飞行管理，尤其设计一种四旋翼无人机编队的控制方法及系统。技术背景随着四旋翼无人机的应用越来越多，从军事到民用都越来越受到欢迎，因此，四旋翼无人机的功能也被大大的拓展。四旋翼无人机的应用通常包括监控，运输和拍摄等。但是，单个的无人机在这些应用方法下的使用效率仍然无法满足人们日益增长的要求，多架四旋翼无人机编队应用更能提高工作效率。但是，多架无人机在空中如何共同完成工作任务，提高工作效率，以及四旋翼无人机协调并且高精度飞行是待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供无人机编队控制方法及系统，来控制多架四旋翼无人机高精度协调飞行完成工作任务，提高工作效率。为实现上述目的，本专利技术提出的一种无人机编队控制方法，用于控制多架无人机飞行，一种四旋翼无人机编队的控制方法，包括：leader机获得编队飞行的路径和各个follower机的飞行信息；整个无人机群包括地面站之间组网通信；follower机接收飞行信息；leader机控制与follower机之间的距离和方向。可选的，所述的leader机获得编队飞行的路径和各个follower机的飞行信息包括：编队飞行路径指的是leader机在某时某刻应该到达的固定位置；飞行信息指的是follower机们在某时某刻应该相对leader机的距离和角度。可选的，所述的leader机获得编队飞行的路径和各个follower机的飞行信息包括：leader机获得编队路径和飞行信息的途径为预先存储在leader机中或飞行过程中地面站与leader通信传输。可选的，所述的整个无人机群包括地面站之间组网通信，包括leader机可以实时与地面站和follower机之间进行稳定通信。可选的，所述的follower机接收飞行信息包括，follower机实时接收leader机的位置信息与follower机的飞行信息。可选的，所述的leader机控制与follower机之间的距离和方向，包括编队的动力学模型：它们为在X周、Y周和偏航角上的误差，设计控制律使得误差为零，j代表的是误差控制量中的某一个，ΔKp、ΔKi、ΔKd分别为自适应模糊PID的整定控制参数。控制算法分为两个控制结构，Z轴单独一个控制结构，另一个控制结构控制X，Y轴和偏航角，两个不同的控制结构分别进行控制，他们之间的自适应模糊PID控制参数互相不影响。可选的，所述的算法分为两个控制结构，在编队Z轴控制稳定的情况下，再进行水平方向即X，Y轴控制，优先对Z轴进行控制。本专利技术还提供了一种四旋翼无人机编队的系统，其特征在于，包括多个四旋翼无人机飞行控制装置和地面装置，其特征在于，所述的四旋翼无人机飞行控制装置包括：四旋翼无人机飞控，用于控制四旋翼无人机飞行姿态和轨迹追踪，利用高度传感器数据与无人机姿态传感器中Z轴加速度数据进行融合来实现四旋翼无人机定高飞行和悬停；无线通信组网模块，用于四旋翼无人机群之间包括与地面站之间进行组网通信，实时传输数据；光流传感器定位模块，用于对四旋翼无人机在水平面进行定位；所述的地面装置，用于计算无人机编队的路径信息和follower机的飞行信息，并负责将改变的信息实时发送给leader机，并具有强大的运算能力。可选的，所述的高度传感器是数据随着高度不同而具有规律性变化的传感器，其数据可以转换成空间中的高度信息。可选的，所述的通信组网模块具有一对一或一对多实时通信的模块，当通信传输出现错误时，可以进行重发。可选的，所述的光流传感器定位模块，可以将同一高度水平位置的像素点变化信息转换成水平位移信息的定位传感器。本专利技术所提供的四旋翼无人机编队控制方法，通过无线通信组网模块将多架无人机相连，用以控制无人机，地面站拥有强大的计算能力，通过通信模块能够达到同时控制多个无人机的效果。进一步，通过计算出的无人机飞行路径，将改变后的路径信息发送到leader机，通过编队控制方法，各个follower机始终保持着一定的距离和偏航角，通过定位模块来获得三维空间中准确的位置信息，姿态控制器控制无人机按照预定的目标路线飞行，从而可以达到无人机编队按照设定路径飞行的目标。因此，本实施例的方案能够达到多架无人机高精度协调飞行的效果。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，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的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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展示出的结构获得其他附图。图1为本专利技术无人机编队控制方法一实施例的流程图；图2为如图1中步骤S104的控制结构示意图；图3为实现本专利技术各个实施例的多架无人机编队一个可选的部分硬件结构图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图作进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在后续的描述中，使用用于表示四旋翼无人机的诸如“无人机”，“四旋翼无人机”的描述，仅仅为有利于本专利技术的说明，其本身并没有特殊的区别，都指的是四旋翼无人机。本实施例先对实现本专利技术的四旋翼无人机及相关的技术做简单的介绍。1.关于一种四旋翼无人机编队控制方法：请参看图1，步骤S101，在无人机编队起飞之前，leader机先获得编队飞行的路径和各个follower机的飞行信息，follower机的起飞时间和降落时间由leader机的启动信号控制。步骤S102，无人机编队在起飞之前，整个无人机群包括地面站之间先建立起组网通信，leader机发送follower机的飞行信息，follower机在接收到leader机起飞信号后开始起飞.步骤S103，在飞行过程中，当地面站重新发送发给leader机飞行路径信息后，整个编队的飞行方案需要变化，则follower机重新接收leader机的飞行信息，在飞行路径没有变化的过程中，follower机实时接收leader机的位置信息。步骤S104，在飞行过程中，控制leader机与follower机之间的距离和方向，保持整个编队的队形稳定，当队形需要变换时，飞行速度变慢，先调整队形再进行按照轨迹飞行。在步骤S101中，编队飞行路径为leader机在某时某刻应该到达的固定位置；飞行信息为follower机们在某时某刻应该相对leader机的距离和角度。在步骤S102中，leader机可以实时与地面站和follower机之间进行稳定通信。在步骤S103中，follower机实时接收leader机的位置信息和自身的飞行信息，当有飞行变化时，及时调整飞行策略。在步骤S104中，设计了一种编队控制算法，包括编队的动力学模型，它们为在X周、Y周和偏航角上的误差，设计模糊自适应PID控制控制律使得误差为零，θr为目标量，控制律控制的是X,Y,Z轴和偏航角。其中模糊自适应PID中量化因子、比例因子模糊控制器模块的设计过程为：(1)选择输入输出变量令所述控制器的输入为姿态角的误差量e和误差变化率ec，输出量为量化因子ke、kec和比例因子ku。由此可以根据e及ec的变化在线调整ke、kec、ku的取值。(2)定义输入输出变量的模糊集合描述输入变量和输出变量的模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四旋翼无人机编队的控制方法，包括：leader机获得编队飞行的路径和各个follower机的飞行信息；整个无人机群包括地面站之间组网通信；follower机接收飞行信息；控制leader机与follower机之间的距离和方向。

【技术特征摘要】
1.一种四旋翼无人机编队的控制方法，包括：leader机获得编队飞行的路径和各个follower机的飞行信息；整个无人机群包括地面站之间组网通信；follower机接收飞行信息；控制leader机与follower机之间的距离和方向。2.如权利要求1所述的四旋翼无人机编队的控制方法，其特征在于，所述的leader机获得编队飞行的路径和各个follower机的飞行信息包括：编队飞行路径指的是leader机在某时某刻应该到达的固定位置；飞行信息指的是follower机们在某时某刻应该相对leader机的距离和角度。3.如权利要求1和2所述的四旋翼无人机编队的控制方法，其特征在于，所述的leader机获得编队飞行的路径和各个follower机的飞行信息包括：leader机获得编队路径和飞行信息的途径为预先存储在leader机中或飞行过程中地面站与leader通信传输。4.如权利要求1所述的四旋翼无人机编队的控制方法，其特征在于，所述的整个无人机群包括地面站之间组网通信，包括leader机可以实时与地面站和follower机之间进行稳定通信。5.如权利要求1所述的四旋翼无人机编队的控制方法，其特征在于，所述的follower机接收飞行信息包括，follower机实时接收leader机的位置信息与...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴昌浩，杜国栋，张艳，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50