[发明专利]一种无人机集群控制方法、装置及可读存储介质

权利要求书

1.一种无人机集群控制方法，其特征在于，包括：

根据目标编排队形以及无人机之间的通信关系建立对应的拓扑结构；

根据所述拓扑结构的节点上无人机的期望相对位置计算各个无人机对应的梯度向量；

根据所述梯度向量确定无人机的控制律；

通过所述控制律控制对应的无人机；

根据所述拓扑结构的节点上无人机的期望相对位置计算各个无人机对应的梯度向量包括：

定义所述无人机集群由N个固定翼无人机组成，第i个无人机的带有惯性控制环节的三自由度质点运动学模型满足：

其中p_i(t)＝[x_i(t),y_i(t),z_i(t)]^T为第i个无人机在t时刻在选定直角坐标系XYZ中的三维位置，x_i(t)、y_i(t)、z_i(t)分别为第i个无人机在t时刻的三维坐标，V_i(t)、χ_i(t)∈(-π，π]、γ_i(t)∈[-π/2，π/2]分别为第i个无人机在t时刻的速度、转向角、爬升角，V_ci(t)、χ_ci(t)、γ_ci(t)分别为速度、转向角、爬升角的控制输入值，τ_V、τ_χ、τ_γ分别为速度、转向角、爬升角的时间常数；

第i个无人机在t时刻的速度矢量为：

v_i(t)＝V_i(t)[cos(γ_i(t))cos(χ_i(t)),cos(γ_i(t))sin(χ_i(t)),sin(γ_i(t))]^T

其中T表示转置；

定义无人机i和无人机j的期望相对位置为选取如下变量为控制量：

u_i(t)＝[V_ci(t),χ_ci(t),γ_ci(t)]^T

根据两无人机之间的运动作用权值、无人机与跟踪目标之间的位置差、速度差以及无人机与跟踪目标之间的位置差设计参数和速度差设计参数计算各个无人机的梯度向量：

其中，分别表示在t时刻第i个无人机在三维坐标上的梯度值，为无人机i和无人机j的期望相对位置，n_ij表示无人机i到无人机j的视线向量：

a_ij表示无人机i与无人机j的通信关系：

ρ_h表示无人机i与无人机j的通信关系强弱，σ表示范数类型，r为机间通信距离；

无人机集群在编队的同时设置一个跟踪目标，跟踪目标为真实目标或虚拟目标，跟踪目标在t时刻的位置和速度分别为p_t(t)和v_t(t)；

上式中，c_α1＞0与c_α2＞0分别为机间吸引/分离作用和速度一致作用的权值，c_γ1＞0与c_γ2＞0，是分别对应于位置差(p_t-p_i)和速度差(v_t-v_i)的设计参数；0＜ε＜1，0＜a≤b，h∈(0,1)，N_i为与第i个无人机有通信的所有无人机的集合，d为两机之间的期望距离，z为一般自变量，‖z‖_σ表示一般自变量z的σ-范数；所述根据所述梯度向量确定无人机的控制律包括：

根据所述梯度向量计算无人机的预控制律，满足：

其中分别为第i个无人机速度、转向角、爬升角的预控制律；

基于所述预控制律确定所述无人机的控制律，以使所述控制律满足所述无人机的运动约束，每个无人机在每一时刻t的速度V(t)、加速度a(t)、转向率ω₁(t)、爬升率ω₂(t)、爬升角γ(t)分别满足如下约束：

V_min≤V(t)≤V_max

a_min≤a(t)≤a_max

ω_1min≤ω₁(t)≤ω_1max

ω_2min≤ω₂(t)≤ω_2max

γ_min≤γ(t)≤γ_max

其中V_min、a_min、ω_1min、ω_2min、γ_min分别为无人机速度、加速度、转向率、爬升率、爬升角的最小值，V_max、a_max、ω_1max、ω_2max、γ_max分别为无人机速度、加速度、转向率、爬升率、爬升角的最大值；

所述基于所述预控制律确定所述无人机的控制律包括：

通过预先定义的饱和函数基于所述预控制律确定所述无人机的控制律，满足：

其中，V_ci(t)、χ_ci(t)、γ_ci(t)分别为第i个无人机的速度、转向角、爬升角的控制律，δt＞0表示采样时间间隔，max(z₁,z₂)函数表示取z₁与z₂的最大值，min(z₁,z₂)函数表示取z₁与z₂的最小值，sat()表示定义的饱和函数，满足：

通过所述控制律，也即V_ci(t)、χ_ci(t)、γ_ci(t)作为控制输入值对对应的无人机进行控制。