[发明专利]一种基于中值偏差的多无人机滑模编队控制方法

说明书

本发明公开了一种基于中值偏差的多无人机滑模编队控制方法，包括建立n架无人机集群的编队队形约束条件及带有不确定性的无人机模型，接着依据编队队形约束条件来定义无人机集群的位置跟踪误差e_d,i(t)、同步误差e_i,i+1(t)、中值偏差e_i,m(t)及位置耦合误差E_i(t)并给出n架无人机集群的编队控制目标，然后结合位置耦合误差的滑模面建立n架无人机集群的位置耦合误差滑模控制器，从而获得各无人机上电机转速控制所需的PWM脉宽调制信号，然后发送给各无人机的电子调速器，进而驱动各无人机上的电机转动，实现n架无人机集群的编队控制。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，尤其涉及一种基于中值偏差的多无人机滑模编队控制方法。

背景技术

无人机因其成本低、灵活性高、隐蔽性强等优点，在军事和民用领域得到了广泛应用，如战场侦察和监视、农业植保、物流运输等。而无人机在物品运输中面临着很多局限性，如其携带载荷有限，飞行距离受限、复杂环境下运输时效低等。无人机的协同编队可有效解决如上难题。采用编队运输可以依据运输物品的重量和体积自由匹配无人机的数量和队形，做到精确配载。因此，研究多无人机的协同编队运输是十分必要的。

无人机编队运输过程中，队形的保持及稳定控制至关重要。然而在运输物品时，存在系统参数不确定和外部复杂扰动的影响。目前，应用于无人机编队队形保持的策略主要有领航-跟随法、虚拟结构法、基于一致性策略和交叉耦合同步策略等。领航跟随法容易实现，但跟随者受到扰动时不会影响领航者，不利于队形的保持。虚拟结构法将编队视作一个整体，无法考虑各无人机遭受不同扰动时队形稳定的情况。一致性策略难以处理编队控制中存在的不确定及复杂扰动的鲁棒编队控制问题。而交叉耦合同步策略中因单架飞机的变化逐渐被其他无人机响应，所以该方法具有一定的鲁棒性。然而采用此方法的控制系统的结构复杂度随无人机数量增加而增加；实际应用中因信息传输时延该方法会导致无人机响应滞后；且该方法处理系统参数不确定及复杂扰动影响的效果不明显。

滑模变结构控制算法简单，响应速度快，对系统参数不确定和外界干扰具有较强鲁棒性，在机器人控制领域得到广泛应用。有鉴于此，需要能够利用滑模变结构控制的无人机编队控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供本发明涉及一种基于中值偏差的多无人机滑模编队控制方法，将无人机的编队队形稳定控制转化为运动状态同步控制，提出一种中值偏差同步控制策略，将其与滑模变结构控制相结合处理编队系统中存在的参数不确定及外部复杂扰动，实现多无人机鲁棒的编队控制问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于中值偏差的多无人机滑模编队控制方法，包括：

建立n架无人机集群的编队队形约束条件及带有不确定性的无人机模型，接着依据编队队形约束条件来定义无人机集群的位置跟踪误差e_d,i(t)、同步误差e_i,i+1(t)、中值偏差e_i,m(t)及位置耦合误差E_i(t)并给出n架无人机集群的编队控制目标，然后结合位置耦合误差的滑模面建立n架无人机集群的位置耦合误差滑模控制器，从而获得各无人机上电机转速控制所需的PWM脉宽调制信号，然后发送给各无人机的电子调速器，进而驱动各无人机上的电机转动，实现n架无人机集群的编队控制。

作为本发明的一种基于中值偏差的多无人机滑模编队控制方法的改进：

所述建立n架无人机集群的编队队形约束条件及带有不确定性的无人机模型的具体过程包括：

1)n架无人机集群的编队队形约束的椭球面方程如下：