[发明专利]一种多领导者的无人机编队协同控制方法

说明书

本发明涉及一种多领导者的无人机编队协同控制方法，属于无人机控制技术领域。该方法在无人机中确定多个领导者，其他无人机为跟随者；领导者根据其他领导者位置、其他领导者速度以及期望编队信息构建输入控制；跟随者通过无人机编队中领导者的位置、领导者的速度以及自身信息构建控制输入；通过构建的控制输入控制领导者、跟随者进行协同飞行。本发明适用于最大时滞在容许范围内的情况。

技术领域

本发明属于无人机控制技术领域，涉及一种分布式无人机编队协同控制方法。

背景技术

近年来，随着通信技术、传感器、控制器各项技术的发展，多无人机协同控制得到了广泛的应用，比如无人机编队表演。在执行搜救救援、战场侦察、多目标追踪等任务时，多无人机协同控制具有灵活性大、执行任务效率高等优势。信息交互式保证多无人机编队安全稳定控制的前提，而往往通信的条件并不理想，无人机之间的通信可能会受到电磁干扰、恶劣气候等因素的印象，信息的传输存在延迟。因此，研究具有通信延迟下的无人机编队控制，存在现实意义。

目前，常用的分布式无人机编队协同控制方法是由控制中心对所有无人机进行统一控制，当处于时延环境下，无人机能根据预先设定的编队算法进行飞行，此方法的缺点在于无人机之间不能完全保持统一的队形飞行，效果不佳。为了保障所有无人机在通信延迟环境下，依然能够一致的队形飞行，亟需一种新的无人机编队协同控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多领导者的无人机编队协同控制方法，使得无人机群组能快速达到预期编队效果。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多领导者的无人机编队协同控制方法，将无人机编队分为多个领导者与跟随者；领导者之间按照各自的期望，编队飞行；跟随者根据各自期望，跟随领导者飞行。该方法具体包括以下步骤：

S1：在无人机中确定领导者和跟随者；

S2：领导者根据其他领导者位置、其他领导者速度和期望编队信息构建控制输入；

S3：跟随者通过无人机编队中领导者的位置、领导者的速度以及自身信息构建控制输入；

S4：无人机编队通过一级控制和二级控制的控制输入协同飞行。

进一步，所述步骤S1中，确定无人机中领导者的方法具体为：令无人机编队集合为U，领导者集合为N_i(t)，N_i(t)∈U，card[N_i(t)]表示领导机数量，且2≤card[N_i(t)]≤card(U)/2；定义代价函数C(i，j)表示无人机i，j之间的链路代价，选用通信延迟作为衡量指标；如无人机编队拓扑固定，也可以以节点间的拓扑距离作为代价；通过以下函数选定无人机领导者编队，即选择具备最佳通信性能领导者集合：

所有领导者会与所有跟随者通信，以实现更加精确的飞行控制。

进一步，所述步骤S2中，无人机领导者的编队控制输入的计算过程为：使用二阶运动模型来描述第i个领导者的运动方程：

其中，x_i(t)∈R²为无人机i的位置；v_i(t)∈R²为无人机i的速度；u_i(t)∈R²是无人机i的控制输入；