[发明专利]一种基于分布式体系结构的四旋翼编队飞行控制方法

摘要

本发明公开了一种基于分布式体系结构的四旋翼编队飞行控制方法，将整个四旋翼机群分解为若干个领航者与跟随者双机结构，通过地面站发布不同的编队队形控制指令，利用距离反馈控制律使每个领航者与跟随者双机结构达到期望的队形，进而完成整个机群的编队队形形成、变换、保持以及返场降落等任务，整个过程具有良好的编队飞行效果，且分布式的编队还具有结构灵活、易于控制，无需占用太多资源等特点。

主权项

1.一种基于分布式体系结构的四旋翼编队飞行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、初始化四旋翼机群(1.1)、四旋翼机群及对应的四旋翼板载计算机上电初始化；(1.2)、通过机载计算机组建四旋翼机群内部通信网络，并同步网络时间；(1.3)、同步机群内各四旋翼位置里程计，统一整个四旋翼机群编队的坐标原点；(1.4)、上位机将整个四旋翼机群编队队形按照任务要求分解为若干个领航者与跟随者双机结构，并发送各双机结构中跟随者在其机体坐标系的前向和右向需要与领航者保持的期望队形(f_d0，s_d0)于对应的跟随者板载计算机上，其中，f_d0为跟随者在其机体坐标系的前向距离，s_d0为跟随者在其机体坐标系的右向距离；(2)、控制四旋翼机群形成编队飞行队形(2.1)、通过地面站手动起飞四旋翼机群，使每架四旋翼离地面距离h₁，再通过地面站切换每架四旋翼为定点飞行模式；(2.2)、每架四旋翼的飞行控制模块给对应的四旋翼板载计算机一模式转换信号，使四旋翼机载计算机以固定频率f₀广播本四旋翼的位置信息到通信网络中，并以固定频率f₁从通信网络中接收相邻四旋翼的位置信息；(2.3)、每个双机结构中，跟随者判断是否达到期望队形，若达到，则保持定点飞行模式，若未达到，则该跟随着的机载计算机通过获取到的自身位置信息与对应领航者的位置信息，根据上位机发送的期望队形(f_d0，s_d0)，利用距离反馈控制律计算出该跟随者的期望飞行飞行速度v_d，同时又以固定频率f₀向该跟随者的飞行控制模块发送期望飞行速度v_d；(2.4)、该跟随者获取到期望飞行速度v_d后，每个双机结构中跟随者的飞行控制模块从定点飞行模式自动切换到外部控制模式；(2.5)、在外部控制模式下，每个双机结构中跟随者的飞行控制模块按照期望飞行速度v_d控制跟随者飞行；(2.6)、若某双机结构中领航者与跟随者达到了上位机所发送的期望队形(f_d0，s_d0)，则此时该双机结构中跟随者的期望飞行速度v_d＝0，且该跟随者的飞行控制模块自动切换为定点飞行模式，并给机载计算一模式转换信号，直至所有双机结构均达到上位机所发送的期望队形(f_d0，s_d0)，再进入步骤(3)，否则返回步骤(3)；(3)、控制四旋翼机群变换编队飞行队形(3.1)、上位机将整个四旋翼机群编队队形按照新的任务要求重新分解为若干个领航者与跟随者双机结构，并发送变换后各双机结构中跟随者在其机体坐标系的前向和右向需要与领航者保持的新队形(f_d1，s_d1)于对应的跟随者板载计算机上；(3.2)、根据上位机发送的新的期望队形新的(f_d1，s_d1)，重复步骤(2.3)至(2.6)所述方法控制飞行，直至达到变换后的编队飞行队形；(4)、控制四旋翼机群保持编队飞行队形(4.1)、上位机指定机群中某双机结构领航者以自身速度带领机群飞行；(4.2)、被指定的四旋翼的机载计算机以固定频率f₂广播自身飞行速度v₀到通信网络中；(4.3)、机群中其他四旋翼以固定频率f₁从通信网络中接收被指定四旋翼的速度信息v₀，又以固定频率f₀发送给飞行控制模块；(4.4)、重复步骤(2.3)至(2.6)所述方法控制飞行，此时除了被指定的四旋翼外，其他四旋翼飞行控制模块的期望速度均为v₀+v_d，若此时整个机群所有双机结构均已达到队形要求，则v_d＝0，即除了被指定的四旋翼外，其他四旋翼飞行控制模块的期望速度也为v₀；(5)、机群编队飞行结束完成整个四旋翼机群编队飞行任务后，通过地面站控制每架四旋翼从定点飞行模式切换到自动降落模式，飞行控制模块控制四旋翼机群返场降落。