[发明专利]一种基于动态事件触发的无人机输出反馈协同控制系统

权利要求书

1.一种基于动态事件触发的无人机输出反馈协同控制系统，其特征在于，包括：多个无人机；所述无人机包括通信拓扑模块、无人机控制模块、分布式动态补偿模块、协同模块、分布式观测模块、一致性控制模块、动态事件触发模块；

多个所述无人机的无人机控制模块的输出端通过所述通信拓扑模块通信连接；以获取多个无人机控制模块的测量输出信号，建立无人机之间的信息传递通道；

所述通信拓扑模块建立为G(V,Ξ)；其中：V＝{1,...,N}表示节点集合，N代表集群系统中无人机的总数；Ξ∈(V×V)表示边集合；若(j,i)∈Ξ,j,i∈V，则称无人机j是无人机i的邻居，其中i代表无人机i，j代表无人机j；

令N_i＝{j∈V|(j,i)∈Ξ}表示无人机i的邻居集合，表示邻接矩阵；

无人机的动力学模型建立如下：建立无人机i沿X轴方向的运动模型：

其中，v_i为无人机i的速度，为无人机i的速度导数，为无人机i的执行器动态变量的导数；θ为偏航角，M_g为无人机i的重量，K_m为增益矩阵，K_m0；ω_m为执行器带宽，u_i表示无人机控制模块控制输入；w_i表示施加于无人机控制模块控制控制输入上的外部扰动；

建立无人机i的状态空间表达式为：

其中，为无人机i的状态变量，s_i(t)表示无人机i在X方向的位移变量；v_i(t)表示无人机i在X方向的速度变量；k_i(t)表示无人机i在X方向的执行器动态变量；y_i(t)为无人机i的测量输出；

建立简化的无人机的动力学模型如下：

其中，代表无人机i的系统状态，代表无人机i的控制输入，代表无人机i的测量输出信号；代表无人机i的动力学系统受到的外部环境扰动，A为系统矩阵，B为控制输入矩阵，C为输出矩阵，E为扰动矩阵；

其中：

C＝[1 0 0] (6)；

所述协同模块的输入端与所述通信拓扑模块的输出端和所述动态事件触发模块的输出端连接，用于获取采样时刻的测量输出信号，以输出协同测量信号；

所述分布式动态补偿模块的输入端与所述协同模块的输出端连接，用于获取所述协同测量信号，生成动态补偿信号；

所述协同测量信号计算如下：

其中，为采样时刻的协同测量信号；表示当前触发时刻无人机i的动态补偿信号，表示当前触发时刻无人机i的邻居的动态补偿信号，为采样时刻，N为无人机的总数；a_ij为邻接矩阵中的元素；

所述一致性控制模块的输入端分别与所述分布式动态补偿模块的输出端和所述分布式观测模块的输出端连接，以获取所述动态补偿信号和状态估计信号，在事件触发间隔内执行一致性控制协议；

所述动态补偿信号包括当前触发时刻的动态补偿信号、采样时刻的动态补偿信号以及邻居无人机采样时刻的动态补偿信号；

所述动态补偿信号的获取如下：

其中，η_i(t)是无人机i所产生的动态补偿信号，是表示对η_i(t)进行求导运算；μ_i(t)是分布式动态补偿模块的自适应耦合增益，是表示对μ_i(t)进行求导运算；为采样时刻的协同测量信号，是无人机i的邻居所产生的动态补偿信号；A为系统矩阵；B为控制输入矩阵，K为第一反馈增益矩阵，Φ为第二反馈增益矩阵，σ_i为正常数，σ_i0，为无人机i的采样时刻；为无人机j的采样时刻，N为集群系统中无人机的总数，a_ij为邻接矩阵中的元素；

所述一致性控制协议建立如下：

其中，K为第一反馈增益矩阵，为无人机i的状态估计信号，是表示对进行求导运算；η_i(t)为无人机i的动态补偿信号；

所述无人机控制模块的输入端与所述一致性控制模块的输出端连接；以获取无人机控制模块的测量输出信号；

所述分布式观测模块的输入端分别与无人机控制模块的输出端和一致性控制模块的输出端连接，以对获取无人机的状态估计信号；

所述状态估计信号计算如下：

其中，为无人机i的状态估计信号，A为系统矩阵，B为控制输入矩阵，C为输出矩阵，F为反馈增益矩阵，y_i(t)为无人机i的输出信号，u_i(t)为施加于无人机i的一致性控制协议；

所述动态事件触发模块的输入端与所述分布式动态补偿模块的输出端连接；以基于所述动态补偿信号生成事件触发误差信号，并设计动态事件触发条件；

所述事件触发条件为：

其中，e_i(t)为状态测量误差，β_i0，ρ_i(0)0,0c_i1,均为设计参数，为当前触发时刻，为下一触发时刻；

所述动态事件触发模块的输出端与所述通信拓扑模块连接，以实现当满足事件触发条件时，无人机控制模块之间进行通信。