多无人机协同编队控制方法技术

本发明专利技术提供了一种多无人机协同编队控制方法

【技术实现步骤摘要】
多无人机协同编队控制方法、设备及介质


[0001]本文件涉及无人机协同编队控制
，尤其涉及一种多无人机协同编队控制方法
、
设备及介质
。

技术介绍

[0002]多无人机系统可以用于输电线路巡检
、
快递投送等，还可以代替人力在灾害现场
、
战场等危险系数较高的环境下开展远程任务
。
在无人机控制系统中，姿态控制是实现无人机自主飞行的基础，姿态控制就是控制四旋翼无人机的三个姿态角
(
俯仰角
、
滚转角
、
偏航角
)
稳定地跟踪期望信号，并保证闭环系统的渐进稳定
。
四旋翼无人机的飞行姿态主要受四个执行器控制，但由于外界不确定因素的影响或硬件出现老化
、
磨损
、
损坏等，四旋翼无人机的执行器难免会出现无法预料的故障，根据执行器的机械特性，其故障可以分为卡死故障
、
松浮故障
、
飞车故障及损伤故障，会导致无人机失去部分或全部动力，导致执行器无法实现既定的控制目标，甚至会造成生命安全
。
[0003]目前，国内外针对具有执行器故障的四旋翼无人机容错控制的技术研究成果颇多
。
现有的针对无人机飞行控制的技术方案大多是针对定值故障和扰动进行研究控制，但实际应用中执行器失效和扰动都是时变的
。
当执行器发生故障时，控制系统为了维持正常飞行会增加故障执行器的控制输出，则很容易导致已经故障的执行器发生更严重的失效损耗，对系统控制效果产生更大影响
。
因此，针对多无人机协同编队控制系统中存在的时变执行器故障
、
外部干扰的容错控制方法具有重要意义
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种多无人机协同编队控制方法
、
设备及介质，旨在解决上述问题
。
[0005]本专利技术提供了一种多无人机协同编队控制方法，包括：
[0006]S1、
考虑执行器失效时输入和执行器输出之间的差异对系统性能的影响建立跟随者模型；
[0007]S2、
建立无人机系统的有向通信拓扑结构，获取编队同步误差和虚拟误差；
[0008]S3、
设计虚拟控制器；
[0009]S4、
采用预设的事件触发控制策略针对控制信号的不同变化率进行控制
。
[0010]本专利技术提供一种电子设备，包括：
[0011]处理器；以及，
[0012]被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述计算机可执行指令在被执行时使所述处理器执行如上述多无人机协同编队控制方法的步骤
。
[0013]本专利技术提供一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时实现如上述多无人机协同编队控制方法的步骤
。
[0014]采用本专利技术实施例设计的具有执行器时变故障的多无人机编队控制方法可实现编队误差的固定时间收敛，并且避免了系统初始状态对收敛时间的影响
。)
本专利技术所设计的
具有执行器时变故障的多无人机编队控制方法步进考虑了执行器失效问题，而且失效还是时变的，该方法能应对绝大部分执行器失效问题，实验结果也表明该多无人机编队控制方法具有较好的容错控制性能
。
本专利技术为了节省无人机间的通信资源，引入了控制信号的变化了构造了一种动态事件触发方案
。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本说明书一个或多个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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0016]图1为专利技术实施例的多无人机协同编队控制方法的流程图；
[0017]图2为本专利技术实施例的无人机协同编队控制结构的框图；
[0018]图3为本专利技术实施例具体实例一的表示无人机间的通信拓扑结构示意图；
[0019]图4为本专利技术实施例的每个无人机的轨迹图；
[0020]图5为本专利技术实施例的领导者与跟随者的输出示意图；
[0021]图
5(a)
领导者和跟随者的输出1的示意图；
[0022]图
5(b)
领导者和跟随者的输出2的示意图；
[0023]图
5(c)
领导者和跟随者的输出3的示意图；
[0024]图
5(d)
跟随者执行器1编队误差的示意图；
[0025]图
5(e)
跟随者执行器2编队误差的示意图；
[0026]图
5(f)
跟随者执行器3编队误差的示意图；
[0027]图6为各执行器控制信号的有界性示意图；
[0028]图
6(a)
为控制信号
ω
1,1
，
u
1,1
的示意图；
[0029]图
6(b)
为控制信号
ω
1,2
，
u
1,2
的示意图；
[0030]图
6(c)
为控制信号
ω
1,3
，
u
1,3
的示意图；
[0031]图
6(d)
为控制信号
ω
2,1
，
u
2,1
的示意图；
[0032]图
6(e)
为控制信号
ω
2,2
，
u
2,2
的示意图；
[0033]图
6(f)
为控制信号
ω
2,3
，
u
2,3
的示意图；
[0034]图
6(g)
为控制信号
ω
3,1
，
u
3,1
的示意图；
[0035]图
6(h)
为控制信号
ω
3,2
，
u
3,2
的示意图；
[0036]图
6(i)
为控制信号
ω
3,3
，
u
3,3
的示意图；
[0037]图
6(j)
为控制信号
ω
4,1
，
u
4,1
的示意图；
[0038]图
6(k)
为控制信号
ω
4,2
，
u
4,2
的示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多无人机协同编队控制方法，其特征在于，包括：
S1、
考虑执行器失效时输入和执行器输出之间的差异对系统性能的影响建立跟随者模型；
S2、
建立无人机系统的有向通信拓扑结构，获取编队同步误差和虚拟误差；
S3、
设计虚拟控制器；
S4、
采用预设的事件触发控制策略针对控制信号的不同变化率进行控制
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
S1
具体包括：通过公式1获取执行器输入和执行器输出之间的差异：其中
ρ
k,v
(t)
是健康因子，
r
k,v
(t)
表示控制信号中的不可控参数部分；
t
k,vf
表示执行器发生故障的时刻，
v
＝
1,2,....,s
；通过公式2建立跟随者模型：其中，其中
x
k,1
＝
[x
k,11
,x
k,21
,...,x
k,,s1
]
T
∈R
s
和
x
k,2
＝
[x
k,12
,x
k,22
,...,x
k,s2
]
T
∈R
s
是状态向量，
s∈N
+
表示跟随者
k
的执行器数量；
p
k
(t)
＝
diag{p
k,1
(t),p
k,2
(t),...,p
k,s
(t)}∈R
s
×
s
是一个未知的时变矩阵；
q
k
＝
[q
k,1
,q
k,2
,...,q
k,s
]
T
∈R
s
表示未知函数向量；
d
k
(t)
＝
[d
k,1
(t),d
k,2
(t),...,d
k,s
(t)]
T
∈R
s
是未知的外部干扰；
u
k
＝
[u
k,1
,u
k,2
,...,u
k,s
]
T
∈R
s
和
y
k
＝
[y
k,1
,y
k,2
,...,y
k,s
]
T
∈R
s
分别表示控制输入和系统输出，
ρ
k
表示执行器的健康因子，
ρ
k
(t)
＝
diag{
ρ
k,1
(t),
ρ
k,2
(t),...,
ρ
k,s
(t)}∈R
s
×
s
，
r
k
表示表示执行器控制信号中的不可控参数部分，
r
k
(t)
＝
[r
k,1
(t),r
k,2
(t),,...,r
k,s
(t)]
T
∈R
s
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机系统的有向通信拓扑结构定义为
G(A,H,E,V)
；其中，
E
＝
{0,1,2,...,N}
是领导者和跟随者的集合；表示边的集合；
A
＝
[a
kj
]∈R
N
×
N
(k,j∈{1,2,...,N})
是跟随者之间的加权邻接矩阵，
a
kj
表示无人机
k
和无人机
j
之间连接的权重，如果
(j,k)∈V
并且
j≠k
，即跟随者
k
能从无人机
j
处获得其状态信息则
a
kj
>0
，否则
a
kj
＝0；因此，跟随者
k
的邻居是
N
k
＝
{j|(j,k)∈V,j≠k}
，如果跟随者
k
能从领导者处获得状态信息，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建晖，李咏华，张立，黄文岐，孔维霆，古宜翔，黄伟聪，王梓安，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：