[发明专利]一种基于旋转排斥场的旋翼无人机领航跟随编队控制方法

权利要求书

1.一种基于旋转排斥场的旋翼无人机领航跟随编队控制方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：输入旋翼无人机状态信息、编队任务信息、算法参数信息和任务约束信息；所述的旋翼无人机状态信息包括领机、自身、通信邻域内其他旋翼无人机的速度、加速度状态信息；所述的编队任务信息包括编队构型、任务触发条件、通信邻域大小；所述的算法参数信息包括控制参数、威胁域分区；所述的任务约束信息包括飞行机动约束、最小安全距离约束；

步骤二：针对旋翼无人机编队控制问题，建立旋翼无人机动力学模型与构型控制模型，并设计构型控制律；

步骤三：针对旋翼无人机编队控制问题，对威胁域进行划分并设计避撞控制律；

步骤四：针对旋翼无人机编队任务中的构型需求及避撞需求，将步骤二中设计的构型控制律与步骤三中设计的避撞控制律结合，形成基于旋转排斥场的旋翼无人机领航跟随编队控制律；

步骤五：针对时刻t_T，考虑机间避撞约束的旋翼无人机编队控制问题，在当前时刻，旋翼无人机i获得自身状态信息、领机状态信息及通信邻域内所有旋翼无人机状态信息；

步骤六：判断步骤五获得的状态信息是否满足任务触发条件；若满足，则执行步骤十一；若不满足，继续执行步骤七；

步骤七：根据旋翼无人机k当前状态信息及领机当前状态信息，对构型控制律进行计算，获得当前时刻旋翼无人机k的构型控制量；

步骤八：根据旋翼无人机k当前状态信息及通信邻域内旋翼无人机状态信息，对避撞控制律进行计算，获得当前时刻旋翼无人机k的避撞控制量；

步骤九：利用基于旋转排斥场的旋翼无人机领航跟随编队控制律，将构型控制量与避撞控制量加权得到旋翼无人机k当前编队控制量对旋翼无人机k进行编队控制，返回步骤五；

步骤十：重复步骤五至步骤九直至完成当前编队任务，当前编队任务满足机间避撞约束，能够提升编队控制效率、缓解编队陷入局部死锁状态的问题；

步骤十一，根据实际任务需要，当有新编队任务时，返回步骤一，触发下一个编队任务，当没有新编队任务时，结束编队任务。

2.如权利要求1所述的一种基于旋转排斥场的旋翼无人机领航跟随编队控制方法，其特征在于：步骤二具体实现方法如下，

旋翼无人机的动力学模型表示为如公式(1)所示的线性微分方程组；

其中，x＝(x_x,x_y,x_z)^T表示旋翼无人机的位置，x_x、x_y、x_z分别表示旋翼无人机位置在x、y、z轴上的分量，v＝(v_x,v_y,v_z)^T表示旋翼无人机的速度，v_x、v_y、v_z分别表示旋翼无人机速度在x、y、z轴上的分量，u＝(u_x,u_y,u_z)^T表示旋翼无人机编队控制量，u_x、u_y、u_z分别表示旋翼无人机编队控制量在x、y、z轴上的分量，其含义为旋翼无人机期望加速度；

第i架从机定义为从机i，从机i即为旋翼无人机i；旋翼无人机i的编队构型控制律如下，分别如式(2)、(3)和(4)所示；

l_i＝x_i-x_l (2)

u_fi＝k_pΔl_i+k_d(v_l-v_i)+a_l (4)

其中，l_i表示从机i与领机的相对位置，x_i表示从机i的位置，x_l表示领机位置，Δl_i表示从机i和领机期望相对位置与实际相对位置偏差，表示从机i与领机期望相对位置，由编队构型决定，v_l表示领机速度，v_i表示从机i速度，a_l表示领机加速度，u_fi表示从机i的构型控制量，k_p、k_d为构型控制参数。