[发明专利]基于饱和阈值事件触发的高层消防无人机编队控制方法及系统

说明书

本公开提出了基于饱和阈值事件触发的高层消防无人机编队控制方法及系统，包括：构建基于饱和阈值事件触发策略的控制器，该控制器被配置为：设定随控制器幅值变化的触发阈值，符合触发条件时才执行控制任务的事件触发控制策略，事件触发控制策略将触发阈值与控制器的幅值相关联，以保证控制性能的同时不会产生对系统造成冲击的控制更新。本公开技术方案公开了一个饱和阈值策略来将触发阈值与控制器的幅值联系起来，保证系统有良好控制性能的同时，而不会产生一个非常大的控制更新，对系统造成冲击。

技术领域

本公开属于无人机编队控制技术领域，尤其涉及基于饱和阈值事件触发的高层消防无人机编队控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着城市建设规模不断扩大，如何在复杂多变的火场条件中进行高层建筑灭火及人员逃生越来越受到人们的关注。无人机由于行动迅速灵活并且成本低廉，借助无人机进行现场火情勘察及人员逃生引导成为了一个有效手段。但是高层建筑往往建筑结构复杂，救援任务繁重，单靠一架无人机无法完成实际的需要。与单架无人机相比，无人机集群具有的协同控制、能力互补等特点，极大的提高了任务的执行效率。因此，多无人机系统的协同控制是当今无人机领域的研究热点。而多无人机编队控制是其中最受瞩目的研究方向。这其中姿态的一致控制对编队控制的实现具有举足轻重的地位。

第五代通信(5G)技术拥有高速率(峰值传输速率达到10Gbit/s)、低延时(端到端时延达到ms级)、节能、减少成本、更高的系统容量(连接设备密度增加10～100倍，流量密度提升1000倍)和为大量设备提供联接，且能在速度为500km/h左右为用户提供稳定的用户体验。随着信息技术及5G技术的高速发展，信息物理系统(CPS，Cyber-Physical Systems)也随之发展壮大。CPS是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C(Computation、Communication、Control)技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS实现计算、通信与物理系统的一体化设计，可使系统更加可靠、高效、实时协同，具有重要而广泛的应用前景。CPS的意义在于将物理设备联网，让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。CPS本质上是一个具有控制属性的网络，但它又有别于现有的控制系统。CPS则把通信放在与计算和控制同等地位上，因为CPS强调的分布式应用系统中物理设备之间的协调是离不开通信的。CPS对网络内部设备的远程协调能力、自治能力、控制对象的种类和数量，特别是网络规模上远远超过现有的工控网络。美国国家科学基金会认为，CPS将让整个世界互联起来。如同互联网改变了人与人的互动一样，CPS将会改变我们与物理世界的互动。

高层消防四旋翼无人机的高危的工作环境导致无人机的损耗甚至报废在所难免，因此，在能够完成消防相关任务的前提下，尽可能地削减单架无人机成本是合理的要求。第五代通信技术和CPS研究的高速发展为降低单架无人机的成本提供了可靠的技术支撑。

发明人在研究中发现，为了削减单架消防无人机的成本，可用于检测无人机系统状态的传感器有限，同样，低成本也意味着无人机所携带的能源有限。传统上，控制任务以周期性的方式执行，即系统控制采用时间触发控制策略，这种控制策略在控制单元的每一次刷新都会发送控制信号给无人机，无人机根据控制信号做出相应的动作。时间触发控制策略为了保障系统的良好性能，系统稳定时也需要维持长时间的快速采样,这样不仅会导致系统的能耗过高，还会增加执行器的机械磨损，从而缩短系统的使用寿命。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了基于饱和阈值事件触发的高层消防无人机编队控制方法，采用只有符合触发条件时才执行控制任务的事件触发控制策略，保证系统有良好控制性能的同时，而不会产生一个非常大的控制更新，对系统造成冲击。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了基于饱和阈值事件触发的高层消防无人机编队控制方法，包括：