【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人工智能，具体而言，尤其涉及一种带有输入量化的异构uav/usv避碰编队控制方法。
技术介绍
1、随着科技能力的进步与发展，在未来的发展计划中，无人系统装备将是我们大力发展的目标，以确保无人系统产业化可以得到快速发展。且在2017年发布的国家“新一代人工智能”发展规划中，无人系统已被确认为未来四大主要研究方向之一，无人系统编队在工程实践中的作用日益突出，特别是对无人机(uav)系统和无人水面航行器(usv)系统编队的研究成为一个重要课题。
2、然而，无人机和无人艇编队属于异构多智能体编队问题，将面临诸多挑战，具体如下：
3、1.无人机模型和无人艇模型在系统结构、内部参数、运动学和动力学状态维数等方面存在很大差异。
4、2.由于未知信息和环境变化引起的外界干扰的影响会对控制任务提出挑战，且由于通信过程中信道带宽不足，信息传输效率低，编队信息难以同步。
5、3.无人机与无人机的编队的过程中可能会遇到各种障碍物引发碰撞危险，对编队任务造成困难。
6、如何解决上述问题一直是研究的重点及热点。针对现有的相关研究，在海上实践中的带宽限制问题，对外部环境因素的影响与未知量的评估，以及考虑了航海实践实际情况的合理的避碰、避障行动如何开展等问题亟需解决。考虑带有输入量化的异构uav/usv避碰编队控制更具有航海实践意义。
技术实现思路
1、根据上述提出航海实践中的相关问题，针对具有输入量化的无人船无人机异构编队控制问题，本专利
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种带有输入量化的异构uav/usv避碰编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
4、s1、针对uav与usv数学模型的不统一问题，考虑用数学方法进行重组，设计出一致异构智能体数学模型；
5、s2、基于目标轨迹，构造分布式异构多无人机无人船时变编队误差，采用扩张状态观测器观测控制器中包含的邻居智能体的信息，并引入改进的人工势场，设计运动学制导律；
6、s3、将制导信号作为动力学子系统的输入，设计考虑输入量化的动力学底层控制器与自适应律，且采用均匀量化器进行量化过程，并针对竖直平面内的高度跟踪过程，设计高度控制器，确保实现编队轨迹跟踪目标；
7、s4、设计李雅普诺夫函数，基于输入到状态稳定性理论，证明闭环系统的稳定性。
8、进一步地，步骤s1，具体包括：
9、s11、构建无人机控制数学模型，如下：
10、
11、
12、式中，pax,pay,paz表示uav的空间位置信息，φ,θ,ψ表示uav的角度信息；up表示uav的控制推力，τφ,τθ,τψ表示无人机的三个控制力矩，ma表示uav质量，g表示重力加速度，表示
13、整体残余转子角，dx,dy,dz,dθ,dψ表示平移阻力系数，jax,jay,jaz表示惯性力矩，jar表示转子的惯性力矩，δax,δay,δaz表示uav遇到的外部干扰；
14、则在水平面内的uav控制模型如下：
15、
16、pa＝[pax,pay]t，ga＝diag{1/ma,1/ma}，δa＝[δax,δay]t，ua＝[uax,uay]t，并且有
17、s12、构建无人船的数学模型，如下：
18、
19、
20、
21、式中，xsi,ysi表示第i个usv的位置信息；ψsi表示第i个个usv的偏航角的偏航角；αi＝[μsi,vsi,rsi]t分别表示浪涌、摇摆和偏航速度、mμsi,mvsi,mrsi分别表示惯性质量；fμsi(αi),fvsi(αi),frsi(αi)分别表示非线性未知函数，包括未建模的流体力学和科里奥利力；和分别表示浪涌力和偏航力矩；wμsi,wvsi,wrsi分别表示由波浪引起的有界扰动；
22、s13、采用手位法定义船舶模型，过程如下：
23、将(psix,psiy)作为手点，定义为：
24、
25、式中，lsi表示实际位置(xsi,ysi)与新定义的手点(psix,psiy)之间的距离；
26、对定义的手点进行二次求导，并将usv数学模型代入，得到：
27、
28、其中：β＝[μsi,vsi,rsi,ψsi]；则在水平平面内的usv数学模型写为：
29、
30、式中，psi＝[psix,psiy]t，fsixy＝[fsix,fsiy]t，usi＝[τμ,τr]t，wdixy＝[wdix,wdiy]t，ωsi(ψsi)＝[cosψsi,-sinψsi；sinψsi,cosψsi]，ωsi＝diag{1/mμsi,lsi/mrsi}；
31、为了确保usv模型与uav模型统一，将上式展开，进一步转换为：
32、
33、s14、构建usv，uav统一模型，构建过程如下：
34、结合步骤s12和步骤s13，获得水平面内的异构智能体统一数学模型，如下：
35、
36、当该模型代表usv模型时，代表usv的位置和速度，其中，uxi＝[τμi,τri]t，
37、δxi＝[wdix,wdiy]t；
38、当该模型代表uav模型时，代表uav的位置和速度，其中，uxi＝[uax,uay]t，δxi＝[δax,δay]t；
39、s15、构建uav的z轴模型，如下：
40、
41、s16、采用均值量化器，将控制输入uxi转化为q(uxi)，过程如下：
42、考虑控制输入量化后的uav,usv统一模型为：
43、
44、将该模型进一步转换，得到最终的xy平面内的异构智能体动力学模型为：
45、
46、其中，fi＝[fiu,fiv]t，q(τi)＝[q(τiu),q(τiv)]t，gi＝diag[giu,giv]，δi＝[δiu,δiv]t，τi＝[τiu,τiv]t＝[uxi1,uxi2]t；
47、将量化过程描述为：
48、
49、
50本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带有输入量化的异构UAV/USV避碰编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的带有输入量化的异构UAV/USV避碰编队控制方法，其特征在于，步骤S1，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种带有输入量化的异构UAV/USV避碰编队控制方法，其特征在于，步骤S2，具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种带有输入量化的异构UAV/USV避碰编队控制方法，其特征在于，步骤S3，具体包括：
5.根据权利要求1所述的一种带有输入量化的异构UAV/USV避碰编队控制方法，其特征在于，步骤S4，具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种带有输入量化的异构UAV/USV避碰编队控制方法，其特征在于，步骤S41，具体包括：
7.根据权利要求1所述的一种带有输入量化的异构UAV/USV避碰编队控制方法，其特征在于，步骤S42，具体包括：
8.根据权利要求1所述的一种带有输入量化的异构UAV/USV避碰编队控制方法，其特征在于，步骤S43，具体包括：
9.根据权利要求1所述的一
10.根据权利要求1所述的一种带有输入量化的异构UAV/USV避碰编队控制方法，其特征在于，步骤S45，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种带有输入量化的异构uav/usv避碰编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的带有输入量化的异构uav/usv避碰编队控制方法，其特征在于，步骤s1，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种带有输入量化的异构uav/usv避碰编队控制方法，其特征在于，步骤s2，具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种带有输入量化的异构uav/usv避碰编队控制方法，其特征在于，步骤s3，具体包括：
5.根据权利要求1所述的一种带有输入量化的异构uav/usv避碰编队控制方法，其特征在于，步骤s4，具体包括：
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，王宏羽，刘子涵，宁君，黄寓旸，张德利，张军，宁思旭，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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