[发明专利]基于人工势场法的四旋翼无人机集群控制方法及其装置

权利要求书

1.一种基于人工势场法的四旋翼无人机集群控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100：采用M架四旋翼无人机组成所述四旋翼无人机集群，根据所述四旋翼无人机集群编队构型，设定集群各内部成员的期望位置和速度矢量，建立第i个所述内部成员的运动学方程；

步骤S200：根据所述期望位置、所述速度矢量、所述运动学方程和运动类型，基于人工势场法构建第i个所述内部成员的速度控制函数，取i＝i+1后重复所述步骤S100～S200，直至i＝M，得到所有所述内部成员的速度控制函数；

步骤S300：采用各所述速度控制函数控制各所述内部成员进行所述运动类型的运动；

所述运动类型包括编队运动、朝向目标运动和避障运动中的至少一种，第i个所述内部成员的速度控制函数v_i表示如下：

其中，χ_i表示第i个所述内部成员的位置矢量，g_ij(·)表示第i个所述内部成员与第j个所述内部成员之间的吸引/排斥函数，p_E表示环境源位置矢量，g_E(·)表示环境源矢量对各所述内部成员的作用函数，p_a表示目标点位置矢量、g_a(·)表示第i个所述内部成员的所述期望位置对第i个所述内部成员的吸引函数；

所述运动类型为编队运动时，第i个所述内部成员的速度控制函数为：

其中，χ_j表示第j个所述内部成员的位置矢量，v_i表示第i个所述内部成员的速度矢量，p_ai表示第i个所述内部成员的期望位置，g_a(·)表示第i个所述内部成员的所述期望位置对第i个所述内部成员的吸引函数，表示为下：

g_a(χ_i-χ_j)＝-k_a·exp(e_a·||χ_i-χ_j||)·(χ_i-χ_j) (5)

其中，k_a、e_a为第i个所述内部成员与期望位置的吸引函数中用于调节吸引力的大于0的常数；

g_ij(·)表示第i个所述内部成员与第j个所述内部成员之间的吸引/排斥函数，表示如下：

其中，a_ij设定为大于0的常数，用于调节第i个所述内部成员与第j个所述内部成员之间的吸引/排斥函数的幅值，b_ij、c_ij、d_ij均为设定为大于0的常数，用以确定第i个所述内部成员与第j个所述内部成员之间的平衡距离。

2.根据权利要求1所述的基于人工势场法的四旋翼无人机集群控制方法，其特征在于，所述运动类型为朝向目标运动时，第i个所述内部成员的速度控制函数为：

其中，χ_L表示虚拟领队的位置矢量，g_i(·)表示第i个内部成员与所述虚拟领队之间的吸引/排斥函数。

3.根据权利要求2所述的基于人工势场法的四旋翼无人机集群控制方法，其特征在于，所述吸引/排斥函数g_i(·)表示如下：

其中，a_i＞0，δ_i为第i个内部成员与虚拟领队之间的平衡距离。

4.根据权利要求2所述的基于人工势场法的四旋翼无人机集群控制方法，其特征在于，当所述运动类型为朝向目标运动时，在所述四旋翼无人机集群中设立虚拟领队，各所述内部成员以编队构型跟随虚拟领队朝向目标运动。