[发明专利]四旋翼无人机一致性编队控制方法

权利要求书

1.一种四旋翼无人机一致性编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，利用反馈线性化方法将四旋翼无人机非线性数学模型进行简化得到简化后的非线性数学模型；利用解耦控制将简化后的非线性数学模型转化为X方向、Y方向、Z方向以及偏航角四个相互之间无耦合的高阶线性子系统；

步骤S2，采用四个相互之间无耦合的高阶线性子系统表示每架无人机的数学模型得到四旋翼无人机编队系统；并根据代数图论和矩阵分析以及采用位置偏差矩阵描述编队队形，采用分布式一致性控制算法，使编队系统中各架无人机在X方向、Y方向、Z方向位置变量保持稳定差值同时姿态角趋于零；

步骤S3，将一阶一致性控制算法收敛性分析拓展到高阶系统，根据四旋翼无人机一致性判定条件判断是否实现四旋翼无人机一致性编队控制；

所述四旋翼无人机非线性数学模型表达式如下：

其中m为四旋翼无人机的质量，g为重力加速度，r＝[x y z]^T和为机体坐标系相对惯性坐标系的位置和姿态角，其中φ为滚转角，θ为俯仰角，为偏航角；I＝diag(I_x,I_y,I_z)为转动惯量矩阵，(U₁,U₂,U₃,U₄)为系统与电机转速相关的四个虚拟控制输入量；

利用解耦控制将简化后的非线性数学模型转化为X方向、Y方向、Z方向以及偏航角四个相互之间无耦合的高阶线性子系统的具体步骤为：

将和结合以及和结合并根据三角函数性质sec²η＝tan²η+1，将简化后的非线性数学模型转化成X方向、Y方向、Z方向以及偏航角的线性子系统，表达式如下：

其中，U′₃＝gU₃/I_y、U′₂＝-gU₂/I_x、U′₁＝cosφcosθU₁/m-g和U′₄＝U₄/I_z，括号中的数字代表各个状态量的k阶导数，其中k＝1,2,3；

所述分布式一致性控制算法表达式如下：

其中：i∈I,γ_k＞0是绝对信息的反馈增益，β是相对信息的反馈增益，N_i是与第i架四旋翼无人机有信息交流的邻居集合，a_ij为第i架与第j架四旋翼无人机的连接权重。

2.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人机一致性编队控制方法，其特征在于，步骤S1具体包括：

定义非线性数学模型如式(1)，所述非线性数学模型的输入为U＝[U₁ U₂ U₃ U₄]^T，输出为令系统输出Y的各阶导数为零，可得系统零动态为：

将系统零动态(2)式分别简化为假设四旋翼无人机在不做大机动动作的情况下，进一步简化后得到非线性数学模型为：