[发明专利]一种大规模多旋翼无人机鲁棒分簇编队控制方法

权利要求书

1.一种大规模多旋翼无人机鲁棒分簇编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：建立多旋翼无人机编队运动模型；

步骤S2：建立多旋翼无人机编队系统的有向通讯拓扑结构网络；

步骤S3：基于所述多旋翼无人机编队运动模型和有向通讯拓扑结构网络，设计分簇算法，将有向通讯拓扑结构网络划分成多个簇；

根据步骤S2建立的多旋翼无人机编队系统的有向通讯拓扑结构网络，计算各节点无人机入度和出度，若无人机的入度小于出度，则该无人机被视为一个簇头；若无人机的入度不小于出度，则该无人机被视为一个簇成员，判断簇头无人机和簇成员无人机是否存在一条通讯链路，若存在则称该簇成员无人机为该簇头无人机的簇成员并加入该簇；

步骤S4：对于步骤S3分成的多个簇，分别针对簇头和簇成员进行位置控制器和姿态控制器设计，实现多旋翼无人机编队的安全稳定飞行；

所述步骤S4中具体包括：

S401：簇头无人机a位置控制器设计

其中，表示簇头无人机的位置控制输入，和表示簇头无人机控制器的增益矩阵，将多旋翼无人机编队系统的根节点视为编队中心，表示为，表示引力常量，表示一个三维行向量，且，表示簇头无人机的质量，表示拉普拉斯算子，表示簇头无人机控制器的一个常量参数，表示簇头无人机在飞行过程中的位置，表示簇头无人机与编队中心的位置偏差，表示簇头无人机与编队中心的速度偏差，表示簇头无人机在惯性坐标系下的速度向量，表示簇头无人机与编队中心的加速度偏差，表示簇头无人机位置外界干扰估计器控制输入，表示簇头无人机位置通道外界干扰估计器的一维控制参数；

S402:簇成员无人机b位置控制器设计

其中，表示簇成员无人机的位置控制输入，表示簇成员无人机位置外界干扰估计器控制输入，表示簇成员无人机一个正的控制器常量参数，表示簇成员无人机的质量，和表示簇成员无人机位置控制器的增益矩阵，表示节点的邻域集合，表示簇成员无人机和无人机的通信状态，表示簇成员无人机在飞行过程中的位置，表示无人机在飞行过程中的位置，表示簇成员无人机与无人机的位置偏差，表示簇成员无人机在惯性坐标系下的速度向量，表示无人机在惯性坐标系下的速度向量，表示簇成员无人机与编队中心的速度偏差，表示簇成员无人机与编队中心的位置偏差，表示簇成员无人机位置通道外界干扰估计器的一维控制参数；

S403: 无人机i的姿态控制器设计

其中，表示无人机的姿态控制输入，表示无人机的转动惯量，表示无人机的模型参数矩阵，表示无人机的姿态干扰估计器控制输入；和表示无人机姿态控制器的增益矩阵，表示无人机姿态误差，表示无人机姿态角速度误差，表示无人机期望姿态角，表示无人机期望姿态角速度，表示无人机期望姿态角加速度；表示无人机姿态通道外界干扰估计器的一维控制参数，表示无人机姿态角。

2.根据权利要求1所述的大规模多旋翼无人机鲁棒分簇编队控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的无人机i的位置和姿态运动模型为：

其中，表示无人机的质量，表示无人机在飞行过程中的位置，表示无人机在惯性坐标系下的速度向量，表示无人机在飞行过程中的速度，表示无人机在飞行过程中的加速度，表示惯性坐标系与无人机本体坐标系之间的转换矩阵，表示无人机的控制力输入，表示无人机因外界自然风影响受到的外界环境干扰力，表示无人机姿态角速度；表示无人机的姿态角加速度；表示无人机的控制力矩输入，表示无人机因外界自然风影响受到的外界干扰力矩。

3.根据权利要求1所述的大规模多旋翼无人机鲁棒分簇编队控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

个无人机之间通讯由有向图表示，表示个节点的集合，表示边的集合，表示权重矩；

其中，表示无人机和无人机的通信状态，若无人机与无人机之间有信息交换，则，否则，节点的邻域集合由表示，定义为节点的入度，为节点的出度，则有向图的拉普拉斯矩阵为，。