[发明专利]一种无人机仿人协同飞行控制器及其实现方法

摘要

本发明公开了一种无人机仿人协同飞行控制器及其实现方法。本发明系统将控制器分成三层结构：直接控制层、参数校正层、任务适应层。本发明实现步骤如下：步骤1、确定双机协同飞行的数学模型；步骤2、设计协同飞行控制器。步骤3、控制器参数优化。本发明以“长机‑僚机”作为双机协同飞行方式，这种方式通过保持长机与僚机之间的距离和角度，从而确保飞行编队的稳定性，进而极大程度上降低了无人机协同编队的控制难度。本发明将仿人智能控制引入到双机协同控制当中，通过以往经验对控制器特征模型中的阈值进行划分校正，从而将控制器特征模型划分出不同的区域，可根据不同的特征区域采取相对应的控制策略，增加了双机飞行过程的稳定性。

主权项

1.一种无人机仿人协同飞行控制器，其特征在于包括直接控制层、参数校正层、任务适应层；并通过阈值矫正将控制器划分为①②③④⑤⑥⑦七个区；/n所述的直接控制层，通过监测x、y两个方向上的偏差e和偏差变化率ec从而对四旋翼无人机双机协同的飞行状态进行判断并采取相应的控制策略；控制策略包括：bang-bang控制、保持控制、比例微分控制；只需对bang-bang模态、保持模态以外的模态区域进行比例微分控制即可；/n其中e、ec分别代表了误差和误差变化率，具体的区域划分如下：/n(1)当误差过大时，对应区域①，选用bang-bang模态控制；/n(2)当误差和误差变化率很小(设定波动范围内)，对应区域②，只需采取保持模态并维持当前状态；/n(3)除①②区域以外，其他区域③④⑤⑥⑦均采用比例微分的控制模态，但在不同的区域内需要对比例、微分参数进行调节；/n直接控制层的特征基元集：/nQ₁＝{q₁,q₂,q₃} (22)/n其中:/nq₁＝{|e_n|≥e₁}/nq₂＝{|e_n|≥e₄}/nq₃＝{|ec_n|≥ec₁}/n直接控制层模型为：/nΦ₁＝{Φ₁₁,Φ₁₂,Φ₁₃} (23)/n其中：/nΦ₁₁＝{q₂}/n /n /n直接控制层的控制模态为：/nΨ₁＝{Ψ₁₁,Ψ₁₂,Ψ₁₃} (24)/n其中：/nΨ₁₁:{u_n＝sign(e_n)·U_max}/nΨ₁₂:{u_n＝u_n-1}/n /n直接控制层的推理规则集为：/nΩ₁＝{ω₁₁,ω₁₂,ω₁₃} (25)/n其中：/nω₁₁:Φ₁₁→Ψ₁₁/nω₁₂:Φ₁₂→Ψ₁₂/nω₁₃:Φ₁₂→Ψ₁₂/n其中公式(22～25)符号含义为：/nu_n：控制器的第n次输出值；U_max：控制器输出的最大值；e_n：第n次误差值；ec_n：第n次误差变化率值；e_i：误差的阈值；ec_i误差变化率的阈值；ω_p：比例系数；ω_d：微分系数；k：衰减系数；/n所述的参数校正层，可与直接控制层的特征模型合并；/n参数校正层的特征基元集为：/nQ₂＝{q₁,q₂,q₃} (26)/n其中：/nq₁＝{|e_n|≥e₁}/nq₂＝{|e_n|≥e₄}/nq₃＝{|ec_n|≥ec₁}/n可得参数校正层的特征模型：/nΦ₂＝{Φ₂₁,Φ₂₂,Φ₂₃} (27)/n其中：/nΦ₂₁＝{q₂}/n /n /n参数校正层的决策模态集为：/nΨ₂＝{Ψ₂₁,Ψ₂₂} (28)/n其中：/nΨ₂₁＝{NULL}/nΨ₂₂＝{ω_p＝ω_p1,ω_d＝ω_d1,k＝k₁}/n参数校正层的推理规则集为：/nΩ₂＝{ω₂₁,ω₂₂,ω₂₃} (29)/n其中：/nω₂₁:Φ₂₁→Ψ₂₁/nω₂₂:Φ₂₂→Ψ₂₁/nω₂₃:Φ₂₃→Ψ₂₂/n所述的任务适应层，任务适应层的特征基元集为：/nQ₃＝{q₁,q₂,q₃} (30)/n其中：/nq₁＝{|e_n|≥e₁}/nq₂＝{|e_n|≥e₄}/nq₃＝{|ec_n|≥ec₁}/n可得任务适应层的特征模型：/nΦ₃＝{Φ₃₁,Φ₃₂,Φ₃₃} (31)/n其中：/nΦ₃₁＝{q₂}/n /n /n任务适应层的决策模态集为：/nΨ₃＝{Ψ₃₁,Ψ₃₂} (32)/n其中：/nΨ₃₁＝{NULL}/nΨ₃₂＝{ω_p＝ω_p1,ω_d＝ω_d1,k＝k₁}/n任务适应层的推理规则集为：/nΩ₃＝{ω₃₁,ω₃₂,ω₃₃} (33)/n其中：/nω₃₁:Φ₃₁→Ψ₃₁/nω₃₂:Φ₃₂→Ψ₃₁/nω₃₃:Φ₃₃→Ψ₃₂。/n