[发明专利]基于线性微分包含的多无人机编队控制方法

权利要求书

1.一种基于线性微分包含的多无人机编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，构造无人机群的网络拓扑结构图，所述网络拓扑结构图包括N+1个节点，每个节点分别代表一个无人机，所述N+1个节点包括一个领导者无人机节点和N个跟随者无人机节点，其中，N为整数，且N≥1；

步骤S2，确定所述网络拓扑结构图的邻接矩阵、度矩阵和拉普拉斯矩阵；

步骤S3，建立任意一个无人机的运动学方程，确定无人机非线性系统，并采用全局线性化方法对无人机非线性系统进行线性化处理，将无人机非线性系统转换为无人机线性微分包含结构；

步骤S4，设置无人机的初始状态以及无人机编队控制队形的几何图案，并根据所述几何图案确定控制目标，将控制目标转换为多智能体一致性问题；

步骤S5，根据无人机的线性微分包含结构中状态参数和相关矩阵参数建立双线性矩阵不等式条件，求解双线性矩阵不等式得到相关矩阵参数，并根据得到的相关矩阵参数构造复合拉普拉斯二次型函数，然后求解复合拉普拉斯二次型函数获取最优参数；

步骤S6，根据所述最优参数、所述双线性矩阵不等式中相关矩阵参数、所述邻接矩阵中元素和所述控制目标，设计基于线性微分包含的多无人机编队控制算法，通过调节每个无人机的飞行状态达到所述控制目标。

2.根据权利要求1所述的基于线性微分包含的多无人机编队控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述邻接矩阵为：

所述度矩阵为：

其中，

所述拉普拉斯矩阵为：

其中，L₂＝[-a₁₀ -a₂₀ … -a_n0]^T∈R^N×1，a_i0(i＝1,…,N)为邻接矩阵A元素，L₁∈R^N×N与N个跟随者无人机构成的子图拓扑结构有关。

3.根据权利要求1所述的基于线性微分包含的多无人机编队控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述任意一个无人机的运动方程描述如下：

式中，ν_i、γ_i、χ_i分别为无人机i的飞行速度、航迹倾斜角、航迹方位角；x_i、y_i、z_i表示无人机i在三维惯性坐标中的具体坐标；输入变量u_i1、u_i2、u_i3分别为无人机切向加速度、法向加速度的垂直分量以及法向加速度的水平分量。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于线性微分包含的多无人机编队控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，假设编队网络中任意一个无人机系统为一个非线性系统，其输入变量U＝[u₁ u₂ … u_s]^T，共s个输入变量，用非线性特征函数来描述无人机非线性系统的非线性特性，特征函数F(z,t)＝[f₁ f₂ … f_s]^T，共s个子特征函数描述无人机飞行状态，其中f_i(z,t)与状态变量z＝[z₁ z₂ … z_m]^T和时间t有关，无人机非线性系统共m个状态变量，建立如下表达式描述所述无人机非线性系统：F(z,t)＝U。