[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

说明书

本发明属于无人机飞行控制技术领域，具体涉及一种大规模多旋翼无人机鲁棒分簇编队控制方法。该方法首先建立多旋翼无人机编队运动模型和编队系统的有向通讯拓扑结构；然后，结合图论理论将无人机编队网络划分成若干个簇；最后，设计鲁棒控制律，实现无人机编队在外部风扰下的稳定飞行，有效解决了传统编队控制方法受限于规模和运算量大的问题，可实现期望的编队协同性能。

技术领域

本发明属于无人机飞行控制技术领域，具体涉及一种大规模多旋翼无人机鲁棒分簇编队控制方法。

背景技术

近年来，随着航空航天技术的飞速发展，无人机编队技术越来越受到广泛关注，在协同侦察、精准农业、灾害管理、环境监测、空中基站等军用和民用领域得到了广泛应用。多旋翼无人机作为无人机的一个重要类别，能够在狭隘的空间内完成垂直起降、全方位导航等任务，结构简单，且具有较好的机动性。

无人机编队是指多架无人机为适应任务需求按照某一拓扑结构而进行的某种队形排列和任务分配。在实际任务中，无人机编队系统的性能主要依赖于编队控制器，因此，无人机编队控制是无人机系统研制的关键技术之一，是实现多架无人机队形保持、调整和重构的重要技术。

现有技术中，已有一些关于多旋翼无人机编队控制方法的研究，公开号为CN113157000A的中国发明专利申请公开了一种基于虚拟结构和人工势场的飞行编队协同避障自适应控制方法，公开号为CN110286694A的中国发明专利申请公开了一种多领导者的无人机编队协同控制方法。然而，在上述发明专利申请中，无人机集群的规模都比较小，且未考虑无人机受到的外部环境干扰问题。随着无人机数量的增多，上述控制方法运算量迅速增大，导致协同难度的指数上升，因此，上述方法中的多旋翼无人机编队的整体规模受到限制。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提出了一种大规模多旋翼无人机鲁棒分簇编队控制方法，该方法首先建立多旋翼无人机编队运动模型和编队系统的有向通讯拓扑结构；然后，结合图论理论将无人机编队网络划分成若干个簇；最后，设计鲁棒控制律，实现无人机编队在外部风扰下的稳定飞行，有效解决了传统编队控制方法受限于规模和运算量大的问题。

本发明完整的技术方案如下：

一种大规模多旋翼无人机鲁棒分簇编队控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：建立多旋翼无人机编队运动模型。

无人机i的位置和姿态运动模型为：