[发明专利]基于时变拓扑和时变通信时延的无人机系统编队控制方法

说明书

本发明公开了一种基于时变拓扑和时变通信时延的无人机系统编队控制方法，先建立无人机通讯网络，获得无人机i和其所有邻居无人机在t时刻的位置和速度，计算出无人机i编队控制器输出u_i(t)；根据无人机的编队控制器输出u_i(t)，对无人机i的位置和速度进行更新，获取无人机i在t+1时刻的位置和速度；根据无人机i在t+1时刻的位置和速度，判断多无人机系统设定的编队是否形成，若是，则完成多无人机系统编队控制，否则重复上述所有步骤。本发明考虑了无人机处理内部数据需要花费时间而造成的内部时延，以及信息在无人机之间传输造成的通信时延，通过设计合适的控制协议，保证无人机系统在网络拓扑结构不稳定时，仍能形成稳定的编队。

技术领域

本发明属于无人机控制领域，具体涉及基于时变拓扑和时变通信时延的无人机系统编队控制方法。

背景技术

无人机具有执行通常对人类构成危险或困难的任务的能力，因此在实际中越来越受欢迎。在提高效率和及时性方面，无人机在许多应用中具有良好性能，例如农业无人机，监视和搜救无人机。相比单个无人机，多无人机系统可以协作完成更复杂的任务，大大提高任务完成率和完成效率。无人机编队是多无人机系统协作任务要求的重要方面。多无人机系统依靠通信网络交换关键任务数据以进行控制和协调，而广泛存在的时间延迟以及不稳定的通信拓扑结构可能会对两项任务造成重大挑战。

已有关于时变网络拓扑图的研究，往往要求系统满足联合连通条件，即各时变拓扑结构图的子图构成的联合图是连通的。虽然该条件允许拓扑图时变，但是在很差的通信环境下，该条件并不能总是保证被满足。而已有关于时滞系统的研究大部分基于通信时延是常数，或者每一信道通信时延相同的假设，这显然是不符合实际应用需求的。实际中，每一信道的时延都是时变的，且不同信道的时延各不相同。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于时变拓扑和时变通信时延的无人机系统编队控制方法解决了现有技术中多无人机系统面临不稳定通信拓扑结构和时变时延时，多无人机不能形成设定的编队的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于时变拓扑和时变通信时延的无人机系统编队控制方法，包括以下步骤：

S1、建立无人机通讯网络，采集无人机i和其所有邻居无人机在t时刻的位置和速度，并获取无人机i编队控制器输出u_i(t)；

S2、根据无人机的编队控制器输出u_i(t)，对无人机i的位置和速度进行更新，获取无人机i在t+1时刻的位置和速度；

S3、根据无人机i在t+1时刻的位置和速度，判断多无人机系统设定的编队是否形成，若是，则完成多无人机系统编队控制，否则返回步骤S1。

进一步地，所述步骤S1中无人机i编队控制器输出u_i(t)具体为：