[发明专利]一种无人飞艇编队飞行控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种无人飞艇编队飞行控制方法及系统。所述方法包括：根据期望编队队形确定包含相对位置限制值的障碍李雅普诺夫Lyapunov函数；利用反步法和障碍Lyapunov函数设计虚拟控制器并进行解算，得到虚拟控制器输出量；根据虚拟控制器输出量计算自适应控制器输出量；根据自适应控制器输出量，利用反步法设计编队控制器；对编队控制器进行解算，得到编队控制器输出量；根据所述编队控制器输出量控制无人飞艇的螺旋桨转速。本发明方法及系统针对有编队飞行进行轨迹跟踪飞行任务需求的网络化欠驱动无人飞艇，考虑其执行器延迟问题和相对位置受限要求，实现了无人飞艇编队飞行的高精度和稳定控制。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种无人飞艇编队飞行控制方法。

背景技术

无人飞艇是一种轻于空气的航空器，它与气球最大的区别在于具有推进和控制飞行的装置。平流层飞艇是一种依靠尖端科技制造而成的可以长期悬浮于平流层高空的，用于对地球表面进行军事与民用侦察、观测的无人飞艇。

平流层飞艇具有以下应用前景：

1)通信终端：一个平流层飞艇平台在20千米定点高度时，它的地面有效覆盖面积可达数万平方公里，可以为广大区域提供高速通信服务；

2)区域监视：平流层飞艇集合航空器近地飞行与同步轨道卫星定点监视的优点，可以对指定大范围区域进行定点高分辨率监视；

3)气象观测：平流层飞艇飞行高度位于云层之上，可以用来观测台风等极限气象现象。

在此基础上，多个平流层飞艇协同组网还可以在空中形成网络，平流层飞艇可以同卫星、地面基站协作，实现通信、监视与观测的广域覆盖。然而，现有的平流层飞艇的编队控制方法没有考虑存在的执行器延迟问题和相对位置受限要求，因此编队控制的精度和稳定性较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人飞艇编队飞行控制方法及系统，针对有编队飞行进行轨迹跟踪飞行任务需求的网络化欠驱动无人飞艇，考虑其执行器延迟问题和相对位置受限要求，提出了基于其非线性模型的一种编队飞行轨迹跟踪控制方法，以实现无人飞艇编队飞行的高精度和稳定控制。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无人飞艇编队飞行控制方法，包括：

获取期望编队队形；

根据所述期望编队队形确定包含相对位置限制值的障碍李雅普诺夫Lyapunov函数；

利用反步法和所述障碍Lyapunov函数设计虚拟控制器；

对所述虚拟控制器进行解算，得到虚拟控制器输出量；所述虚拟控制器输出量包括消除所述无人飞艇的期望位置与实际位置之间的误差所需的期望速度与期望角速度；

根据所述虚拟控制器输出量计算自适应控制器输出量；

根据所述自适应控制器输出量，利用反步法设计编队控制器；

对所述编队控制器进行解算，得到编队控制器输出量；所述编队控制器输出量包括消除所述无人飞艇的期望速度和期望角速度与实际速度和实际角速度之间的误差所需的控制量；

根据所述编队控制器输出量控制所述无人飞艇的螺旋桨转速。

可选地，所述根据所述期望编队队形确定包含相对位置限制值的障碍Lyapunov函数，具体包括：

根据所述期望编队队形计算轨迹跟踪误差；

根据所述轨迹跟踪误差确定包含相对位置限制值的所述障碍Lyapunov函数。

可选地，所述对所述虚拟控制器进行解算，得到虚拟控制器输出量，具体包括：