[发明专利]无人机系统中无人机的编队和避障控制方法

权利要求书

1.无人机系统中无人机的编队和避障控制方法，其特征在于，包括：

S1、无人机系统中的无人机i利用其编队控制器，根据其位置和速度及其邻居无人机的位置和速度迭代更新其下一时刻的位置和速度进行编队，编队完成后进入步骤S2；

S2、根据无人机i在t时刻采集的信号，判断无人机i设定范围内是否存在障碍物，若存在，则进入步骤S3，否则进入步骤S5；

S3、根据无人机i在t时刻的速度和位置，计算无人机i的避障控制器的输出u_i'(t)：

u_i'(t)＝a_i1+a_i2+a_i3，

其中，a为无人机i远离障碍物的加速度，为无人机i的归一化速度；D为无人机i与障碍物之间的距离；c为障碍物与无人机之间的安全范围；w_ij(t)为t时刻无人机i、j的链路连通系数，链路连通时，w_ij(t)＝1，否则，w_ij(t)＝0；v_i(t)为无人机i在t时刻的速度；φ_a、φ_p、φ_n分别为速度、方向和噪声项的控制参数，φ_a+φ_p+φ_n＝1；为无人机j的归一化速度；θ_ij为以无人机i为中心建立的坐标系中，投影边缘的角度；e_i(t)为无人机i的噪声项；d为无人机之间的距离；c₀为无人机之间的安全范围；a₀为远离距离满足dc₀的无人机的加速度；a_i1、a_i2、a_i3为避障加速度；N为无人机i的邻居无人机总架数；

S4、根据无人机i在t时刻的输出u_i'(t)、速度和位置，计算无人机i在t+1时刻的速度和位置，并在t+1时刻调整无人机i后，令t＝t+1并进入步骤S2；

S5、判断无人机i是否进行了避障及是否达到目的地：

若存在无人机i进行避障，且未到达目的地，则更新时间t，并返回步骤S1；

若无人机i没有进行避障，且未到达目的地，则令t＝t+1后返回步骤S2；

若无人机i达到目的地，则结束控制方法。

2.根据权利要求1所述的无人机系统中无人机的编队和避障控制方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：

S11、无人机i向其邻居无人机发送其t时刻的速度和位置，并接收来自于其邻居无人机发送的t时刻的位置和速度；

S12、根据无人机i与其所有邻居无人机t时刻的位置和速度，计算无人机i的编队控制器的输出u_i(t)；

S13、根据无人机i在t时刻的输出u_i(t)、速度和位置，计算无人机i在t+1时刻的速度和位置，并根据无人机i在t+1时刻的速度和位置调整无人机i；

S14、判断无人机t+1时刻的速度和位置是否满足设定条件，若满足，则在完成编队后，令t＝t+1并进入步骤S2，否则，令t＝t+1，并返回步骤S11。

3.根据权利要求2所述的无人机系统中无人机的编队和避障控制方法，其特征在于，所述编队控制器的输出u_i(t)的计算公式为：

其中，H为编队矩阵；K为控制矩阵；N为无人机i的邻居无人机总架数；ξ_i(t)＝[x_i(t)，v_i(t)]^T，ξ_j(t)＝[x_j(t)，v_j(t)]^T，x_i(t)为无人机i在t时刻的位置，x_j(t)、v_j(t)分别为无人机j在t时刻的位置和速度，[.]^T为转置；f_i、f_j分别为无人机i、j的编队信息。