[发明专利]一种无人机队形变化控制方法及系统

权利要求书

1.一种无人机队形变化控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，以无人机位置坐标为约束条件，以能量消耗和/或完成时间为效率衡量指标建立无人机队形变换的最优效率模型；

步骤2，根据编队集结、编队保持的队形变换获得最小能耗模型和/或最短时间模型；

步骤3，对所述最小能耗模型和/或最短时间模型求解获得无人机实时位置，实现队形变化控制；

所述步骤1包括：

步骤11，根据编队中的各无人机为UAV_i，i＝1,2,...,n，n为编队中无人机的数量，UAV_i在队形变换前的位置为A_i，变换后的位置为B_i，A_i,B_i∈R³；无人机UAV_i从A_i移动到B_i走过的路程为s_i，所产生的能源消耗为w_i，花费的时间为t_i；获得：

无人机编队在队形变换中的总能耗为：

无人机编队在队形变换中的总时间为：

T＝max_{i∈{1,2,...,n}}t_i (2)

步骤12，能耗w_i与UAV_i在队形变换中的速度、移动路程、所受空气阻力有关，总能耗W与编队中每架无人机的这些因素有关，假设无人机在变换过程中保持匀速；对于UAV_i，由于存在时间协同约束，各无人机必须以相同的时间t到达指定位置，所以速度与路程成正比，即：

忽略空气密度、迎风面积等不同造成的影响，UAV_i所受阻力与速度的平方成正比；

式中：k为常系数；

忽略热效应等其他影响，为了克服空气阻力所产生的能耗为：

w_i＝f_i·s_i (5)

根据式(1)、(3)、(4)和(5)，最小能耗模型描述如下：

式中：c＝k/t²，当t一定时，c为常数；

假设各无人机以相同的最大飞行速度v_max匀速运动，则时间t_i与路程s_i成正比，即：

再以T＝max_{i∈{1,2,...,n}}t_i作为总的协同时间，令无人机UAV_i以v_i＝s_i/T的实际速度匀速运动；

由式(2)和(7)，最短时间模型描述如下：

minT＝minmax_{i∈{1,2,...,n}}t_i

＝minmax_{i∈{1,2,...,n}}a·s_i (8)

式中：a＝1/v_max为常数。