[发明专利]一种基于旋转排斥场的旋翼无人机领航跟随编队控制方法

摘要

本发明公开的一种基于旋转排斥场的旋翼无人机领航跟随编队控制方法，属于编队控制技术领域。本发明实现方法为：建立旋翼无人机动力学模型，基于领航跟随编队构型控制方法对构型控制律进行设计；基于旋转排斥场的避撞控制方法，通过对旋翼无人机威胁域的划分，设计旋转排斥场，进而对避撞控制律进行设计；将构型控制律与避撞控制律结合，形成基于旋转排斥场的领航跟随编队控制律，生成旋翼无人机编队控制量，在保证机间避撞的条件下完成编队任务，同时，本发明通过旋翼无人机产生切向引导作用使多架旋翼无人机在编队任务中能够相互环绕，进而使旋翼无人机在编队任务中跳出局部死锁状态，能够提升编队控制效率、缓解编队陷入局部死锁状态。

主权项

1.一种基于旋转排斥场的旋翼无人机领航跟随编队控制方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：输入旋翼无人机状态信息、编队任务信息、算法参数信息和任务约束信息；所述的旋翼无人机状态信息包括领机、自身、通信邻域内其他旋翼无人机的速度、加速度状态信息；所述的编队任务信息包括编队构型、任务触发条件、通信邻域大小；所述的算法参数信息包括控制参数、威胁域分区；所述的任务约束信息包括飞行机动约束、最小安全距离约束；步骤二：针对旋翼无人机编队控制问题，建立旋翼无人机动力学模型与构型控制模型，并设计构型控制律；步骤三：针对旋翼无人机编队控制问题，对威胁域进行划分并设计避撞控制律；步骤四：针对旋翼无人机编队任务中的构型需求及避撞需求，将步骤二中设计的构型控制律与步骤三中设计的避撞控制律结合，形成基于旋转排斥场的旋翼无人机领航跟随编队控制律；步骤五：针对时刻t_T，考虑机间避撞约束的旋翼无人机编队控制问题，在当前时刻，旋翼无人机i获得自身状态信息、领机状态信息及通信邻域内所有旋翼无人机状态信息；步骤六：判断步骤五获得的状态信息是否满足任务触发条件；若满足，则执行步骤十一；若不满足，继续执行步骤七；步骤七：根据旋翼无人机k当前状态信息及领机当前状态信息，对构型控制律进行计算，获得当前时刻旋翼无人机k的构型控制量；步骤八：根据旋翼无人机k当前状态信息及通信邻域内旋翼无人机状态信息，对避撞控制律进行计算，获得当前时刻旋翼无人机k的避撞控制量；步骤九：利用基于旋转排斥场的旋翼无人机领航跟随编队控制律，将构型控制量与避撞控制量加权得到旋翼无人机k当前编队控制量对旋翼无人机k进行编队控制，返回步骤五；步骤十：重复步骤五至步骤九直至完成当前编队任务，当前编队任务满足机间避撞约束，能够提升编队控制效率、缓解编队陷入局部死锁状态的问题；步骤十一，根据实际任务需要，当有新编队任务时，返回步骤一，触发下一个编队任务，当没有有新编队任务时，结束编队任务。