[发明专利]一种无人机队形变化控制方法及系统

摘要

本发明公开一种无人机队形变化控制方法及系统，该方法包括：以无人机位置坐标为约束条件，以能量消耗和/或完成时间为效率衡量指标建立无人机队形变换的最优效率模型；根据编队集结、编队保持的实际变换获得最小能耗模型和/或最短时间模型；对所述最小能耗模型和/或最短时间模型求解获得无人机实施位置，实现队形变化控制。该方案解决了现有技术中约束条件多模型计算复杂、消耗大量计算能源等的问题，简化模型计算复杂程度，节约资源，降低成本，提高计算效率。

主权项

1.一种无人机队形变化控制方法，其特征在于，包括：步骤1，以无人机位置坐标为约束条件，以能量消耗和/或完成时间为效率衡量指标建立无人机队形变换的最优效率模型；步骤2，根据编队集结、编队保持的队形变换获得最小能耗模型和/或最短时间模型；步骤3，对所述最小能耗模型和/或最短时间模型求解获得无人机实时位置，实现队形变化控制；所述步骤1包括：步骤11，根据编队中的各无人机为UAV_i，i＝1,2,...,n，n为编队中无人机的数量，UAV_i在队形变换前的位置为A_i，变换后的位置为B_i，A_i,B_i∈R³；无人机UAV_i从A_i移动到B_i走过的路程为s_i，所产生的能源消耗为w_i，花费的时间为t_i；获得：无人机编队在队形变换中的总能耗为：无人机编队在队形变换中的总时间为：T＝max_{i∈{1,2,...,n}}t_i   (2)步骤12，能耗w_i与UAV_i在队形变换中的速度、移动路程、所受空气阻力有关，总能耗W与编队中每架无人机的这些因素有关，假设无人机在变换过程中保持匀速；对于UAV_i，由于存在时间协同约束，各无人机必须以相同的时间t到达指定位置，所以速度与路程成正比，即：忽略空气密度、迎风面积等不同造成的影响，UAV_i所受阻力与速度的平方成正比；式中：k为常系数；忽略热效应等其他影响，为了克服空气阻力所产生的能耗为：w_i＝f_i·s_i   (5)根据式(1)、(3)、(4)和(5)，最小能耗模型描述如下：式中：c＝k/t²，当t一定时，c为常数；假设各无人机以相同的最大飞行速度v_max匀速运动，则时间t_i与路程s_i成正比，即：再以T＝max_{i∈{1,2,...,n}}t_i作为总的协同时间，令无人机UAV_i以v_i＝s_i/T的实际速度匀速运动；由式(2)和(7)，最短时间模型描述如下：minT＝minmax_{i∈{1,2,...,n}}t_i    ＝minmax_{i∈{1,2,...,n}}a·s_i   (8)式中：a＝1/v_max为常数。