一种通信链路不稳定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通信链路不稳定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。本发明专利技术通过建立干扰影响下的无人机编队通信链路权重系数不确定模型，得到通信链路不稳定描述；然后，根据无人机集群的运动模型，设计理想通信链路条件下的无人机编队的位置控制律，建立通信链路不稳定对无人机编队造成的影响，得到系统受到总干扰影响；根据无人机节点的运动模型和总干扰影响，设计干扰抑制控制律，实现对干扰影响的抑制；最后，将理想通信链路条件下控制律和干扰抑制律相结合，组成鲁棒控制律，实现对无人机编队的控制。本发明专利技术可以实现无人机编队在通信链路不稳定情况下的编队飞行，可以显著提高无人机编队飞行的可靠性。可靠性。可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种通信链路不稳定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集群控制的
，尤其涉及一种通信链路不稳定的无人机编队鲁棒控制方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着科学技术的快速发展，无人机技术已在民用和军用领域发挥重大作用。然而，单架无人机受到自身、任务以及环境等因素限制，其作用存在一定的瓶颈。为了满足未来复杂任务和恶劣环境带来的挑战，无人机协同编队具有更强的环境适应性和鲁棒性，能够很好地弥补单架无人机性能缺陷，因此受到了广泛的研究与探讨。
[0003]对于无人机编队来说，编队成员之间需要相互通信，获取相对位置状态信息。然而，由于机载设备、成员空间分布、复杂任务环境影响，编队成员之间的信息交互面临严重的干扰影响，造成机间通信链路不稳定，信息交互不畅通，严重影响编队协同稳定性和安全性。
[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CN114995521B公开了一种多无人机分布式编队控制方法。中国专利CN113342033B公开了一种基于固定时间技术的无人机姿态同步容错控制方法，然而上述两个专利中，编队成员之间的信息交互都是理想的，没有考虑通信干扰造成的通信链路不确定性影响。中国专利CN111708376B公开了一种对通信链路具有鲁棒性的固定翼无人机编队控制方法，然而该专利中，所设计的控制系统是集中式的，当无人机编队数量较多时，上述控制方法运算量迅速增大，严重影响编队性能。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术公开了一种通信链路不稳定的无人机编队鲁棒控制系统及控制方法，用以解决现有技术中的无人机集群受到通信链路不稳定和集中式运算量大的问题。
[0006]一方面，本专利技术提供了一种通信链路不稳定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∈[1,n],j∈[1,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架邻居无人机节点t
j
之间通信链路的权重系数；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
]T
；邻居无人机节点t
j
的位置坐标为p
j
=[x
j
,y
j
,z
j
]T
；步骤二、建立电磁干扰影响下的无人机编队通信链路权重系数不确定模型：其中，表示无人机节点t
i
理想的邻居权重矩阵，表示外界电磁干扰造成的无人机节点t
i
的未知邻居权重矩阵，表示无人机节点t
i
与无人机节点t
i
的第j架邻居无人机节点t
j
理想的通信链路权重系数，表示外界电磁干扰造成的无人机节点t
i
与无人机节点t
i
的第j架邻居无人机节点t
j
的未知通信链路权重系数；步骤三、建立无人机集群编队的运动模型；步骤四、根据步骤三中的无人机节点的运动模型，建立理想通信链路条件下的无人机节点的位置控制律；步骤五、根据步骤四中的位置控制律，建立通信链路不稳定对无人机编队造成的影响，得到无人机节点受到的通信链路干扰影响；步骤六、根据步骤三中的无人机集群编队的运动模型和步骤五中的通信链路干扰影响，建立通信链路干扰抑制控制律；步骤七、将步骤四中无人机节点理想通信链路条件下控制律和步骤六的无人机节点干扰抑制律相结合，组成鲁棒控制律。
[0007]可选地，步骤三中的无人机集群编队的运动模型为：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；M
i
表示无人机节点t
i
的位置参数矩阵；ui表示无人机节点t
i
的复合控制力输入；g表示重力加速度常量；c3表示3维列向量。
[0008]可选地，步骤四中的理想通信链路条件下的无人机节点的位置控制律的表达式为：其中，表示理想通信链路条件下的无人机节点t
i
的位置控制律；T0表示与编
队中心相关的控制参数，K1和K2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
与编队中心的位置偏差；表示无人机节点t
i
与编队中心的速度偏差；T1表示与编队成员相关的控制参数；表示无人机节点t
i
与无人机节点t
i
的第j架邻居无人机节点t
j
之间的相对距离；表示无人机节点t
i
与第j架邻居无人机节点t
j
之间的相对速度；表示编队中心在飞行过程中的速度向量；表示无人机节点t
i
在飞行过程中的速度向量；表示无人机节点t
i
在飞行过程中的速度向量。
[0009]可选地，步骤五中的得到无人机节点受到的通信链路干扰影响，表达式为：其中，表示通信链路不稳定对无人机节点t
i
造成的影响。
[0010]可选地，步骤六中的无人机干扰抑制律为：其中，表示无人机节点t
i
的干扰抑制控制律；s表示拉普拉斯算子，G
i
（
▪
）为鲁棒滤波器；其中，的表达式如下：其中，表示无人机节点t
i
的一阶干扰抑制律参数。
[0011]本专利技术另一个方面，提供了一种通信链路不稳定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通信链路不稳定的编队控制，包括理想通信链路条件下控制律模块、通信链路干扰抑制模块、鲁棒合成模块；理想通信链路条件下控制律模块，用于控制无干扰条件下无人机编队协同飞行；通信链路干扰抑制模块，用于抑制通信链路不稳定干扰、外界复杂干扰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通信链路不稳定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∈[1,n], j∈[1,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架邻居无人机节点t
j
之间通信链路的权重系数；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
]
T
；邻居无人机节点t
j
的位置坐标为p
j
=[x
j
,y
j
,z
j
]
T
；步骤二、建立电磁干扰影响下的无人机编队通信链路权重系数不确定模型：其中，表示无人机节点t
i
理想的邻居权重矩阵，表示外界电磁干扰造成的无人机节点t
i
的未知邻居权重矩阵，表示无人机节点t
i
与无人机节点t
i
的第j架邻居无人机节点t
j
理想的通信链路权重系数，表示外界电磁干扰造成的无人机节点t
i
与无人机节点t
i
的第j架邻居无人机节点t
j
的未知通信链路权重系数；步骤三、建立无人机集群编队的运动模型；步骤四、根据步骤三中的无人机节点的运动模型，建立理想通信链路条件下的无人机节点的位置控制律；步骤五、根据步骤四中的位置控制律，建立通信链路不稳定对无人机编队造成的影响，得到无人机节点受到的通信链路干扰影响；步骤六、根据步骤三中的无人机集群编队的运动模型和步骤五中的通信链路干扰影响，建立无人机节点的通信链路干扰...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕金虎，刘德元，刘克新，刘祥龙，谷海波，
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：