[发明专利]无人机系统中无人机的编队和避障控制方法

说明书

本发明公开了一种无人机系统中无人机的编队和避障控制方法，属于无人机控制技术，其包括S1对所有无人机进行编队，S2根据无人机t时刻采集的信号，判断无人机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t时刻的速度和位置，计算无人机的避障控制器的输出；S4根据无人机t时刻的输出、速度和位置，计算无人机t+1时刻的速度和位置，并在t+1时刻调整无人机后，令t＝t+1并进入步骤S2；S5根据无人机系统是否避障及是否到达目的，进行编队、避障及结束方法的调整。本方案提供的控制方法可以解决无人机保持编队航行时避障差及避障后不能重组的问题。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，具体涉及一种无人机系统中无人机的编队和避障控制方法。

背景技术

无人机在实际应用中获得越来越广泛的关注，比如灾难援助，农业，电力传输等等。这些任务往往需要多架无人机来协同，通过信息交互和传输，更加高效地完成任务。研究表明，多架无人机保持有序的编队能够节约能源消耗，同时使它们之间的通信链路更加稳定。

对此，实际应用场景中常常要求无人机保持有序的编队飞向目的地，但是无人机在保持编队飞行中不可避免地会遇到障碍物。因此，研究如何躲避袭击或越过障碍的算法具有重要意义。许多现有的避障策略研究都针对设定的特殊场景，例如固定的障碍物和已知的威胁集，这使得算法不够灵活，处理紧急情况的能力也不强。尽管在某些情况下一些分割编队的算法可以越过障碍，但不能保证分割编队后的无人机再聚合。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的无人机系统中无人机的编队和避障控制方法解决了无人机保持编队航行时避障差及避障后不能重组的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种无人机系统中无人机的编队和避障控制方法，其包括：

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)：

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；

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：