[发明专利]基于随机时延描述数据丢失的多无人机编队控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行控制技术领域，特别是基于随机时延描述数据丢失的多无人机编队控制方法。

背景技术

对于无人机的研究，许多国家都投入了大量的精力，技术已经相对成熟，但是单兵作战的一架无人机的性能受到了很大的制约。一方面，单架无人机工作量达不到任务的要求，在面对大范围、高负荷的任务时，单架无人机需要花费大量的时间才能完成任务，这会错过解决问题的最佳时机。另一方面，一旦无人机受到外部干扰或者自身发生故障，任务就无法完成，从而造成重大损失，于是就提出了无人机编队的概念。

多无人机编队控制具体包含了队形保持、集结解散、队形变换以及近距离防撞等问题，要实现多无人机编队控制必有信息交互，当前信息交互主要有三种控制方法。集中式控制：每一架无人机都将自身信息发送给编队中的所有成员。分散式控制：每一架无人机都与编队中的约定点保持固定的相对关系，不需要信息交互。分布式控制：每一架无人机都将自身信息发送给编队中的相邻无人机。

同时在信息交互的过程中设计者还需要考虑到通信时延和数据丢失的情况，当前有许多设计方案并不考虑信息交互过程中的偏差，直接假定为理想情况，这不符合实际情况的需要。对于垂直起降无人机存在数据丢失的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供基于随机时延描述数据丢失的多无人机编队控制方法，完善了垂直起降无人机编队控制通信过程中没有充分考虑时延和数据丢失的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的基于随机时延描述数据丢失的多无人机编队控制方法，包括以下步骤：

步骤A、建立n个垂直起降无人机的动力学模型，动力学模型包括平移动力学模型和旋转动力学模型；平移动力学模型如公式(1)所示，旋转动力学模型如公式(2)所示；

其中，i∈Ν：＝{1,...,n}，n为编队中无人机个数；p_i为第i架无人机的重心位置，为p_i的一阶微分，p_i∈R³，R³为三维空间；v_i为第i架无人机的线速度，为v_i的一阶微分，v_i∈R³；单位四元数Q_i为第i架无人机的姿态，q_i为单位四元数的向量部分，q_i∈R³，η_i为第i架无人机的姿态单位四元数的标量部分，为Q_i的一阶微分；ω_i为第i架无人机的参考角速度，为ω_i的一阶微分，F_i为第i架无人机的中间控制输入；m_i为第i架无人机的质量；Λ_i为作用于第i架无人机的推力，Λ_i∈R³；R(Q_i)表示与Q_i相关的旋转矩阵，R(Q_i)＝(η_i²-q_i^Tq_i)I₃+2q_iq_i^T-2η_iS(q_i)，I₃为单位三阶矩阵，q_i＝(q_i1,q_i2,q_i3)，q_i1、q_i2和q_i3分别为第i架无人机的姿态单位四元数向量部分的第一、二、三个元素；R(Q_di)表示与目标姿态Q_di相关的旋转矩阵，R(Q_di)＝(η_di²-q_di^Tq_di)I₃+2q_diq_di^T-2η_diS(q_di)，q_di＝(q_di1,q_di2,q_di3)，q_di1、q_di2和q_di3分别为第i架无人机的目标姿态单位四元数向量部分的第一、二、三个元素，η_di为第i架无人机的目标姿态单位四元数的标量部分，T(Q_i)表示与Q_i相关的函数，J_i为第i架无人机的机体相对坐标系的对称正定常数惯性矩阵；Γ_i为作用于第i架无人机的输入力矩，Γ_i∈R³；ω_i＝(ω_i1,ω_i2,ω_i3)^T，ω_i1、ω_i2和ω_i3分别为第i架无人机的参考角速度的第一、二、三个元素，上标T表示矩阵转置；