[发明专利]基于模糊模型的无人机集群控制方法

权利要求书

1.一种基于模糊模型的无人机集群控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，建立四旋翼无人机动态模型；

S2，设计控制器；

S3，集群控制；

其中，所述建立四旋翼无人机动态模型，为假设无人机的四个旋翼是刚性的并能利用刚体力学求出动力学方程，利用欧拉-拉格朗日方法得到动力学模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立四旋翼无人机动态模型中，位置系统方程式为：

姿态系统方程式为：

其中，ψ为偏航角，θ为俯仰角，φ滚转角，为对地的x方向的加速度，为对地的y方向的加速度，为对地的z方向的加速度，η＝(ψ,θ,φ)^T是姿态角矢量，欧拉角，欧拉角加速度，τ为时间，u为推力，m为四旋翼无人机质量，g为重力加速度，地转偏向力，其中I＝diag(I_x,I_y,I_z)为四旋翼无人机在x轴，y轴，z轴中的惯性矩阵；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立四旋翼无人机动态模型中，令四旋翼无人机的四个旋翼对称，惯性矩阵为diag(I_m,I_m,2I_m)，I_m为单位阵；飞行过程中限制翻滚角，sinφ＝0，cosφ＝1；

简化位置系统方程式，可得：

简化姿态系统方程式：

为偏航角速度，为俯仰角速度，滚转角速度；

简化的姿态模型，即姿态系统方程式为：

其中，A*为系统的系数矩阵，B*为控制器的系数矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设计控制器，具体为通过引入推力u和虚拟控制矢量η_d控制四旋翼无人机的加速度；然后为姿态系统建立基于T-S模糊模型的渐近稳定反馈控制器。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述集群控制，包括令有n架无人机，每架无人机的动态方程为：

其中，q_i和p_i分别为位置矢量和速度矢量，u_i为每架无人机的控制输入量；

采用势能函数V(q)：

其中，||q_j-q_i||_σ表示四旋翼无人机之间的三维空间中距离，ψ_α是光滑的具有吸引或排斥的函数，φ_α(s)＝ρ_h(s/||r+l_d||_σ)φ(s-||d+l_d||_σ)，

其中，φ_α为智能体收到的虚拟力，z为受力的最大距离，从式(21)可知，势能在当相邻的两个智能体之间距离||q_j-q_i||≤||l||_σ时，它们之间的排斥力大，当无人机之间距离为||l+d||_σ时，势能最小，当距离||q_j-q_i||≥||l+r||_σ时，引力固定，其中l为四旋翼无人机直径，r为传感器感知半径，d为预设距离。