[发明专利]一种基于模糊逻辑和滑模控制策略的无人艇、无人机混合编队控制方法及其控制系统

说明书

本发明属于无人艇技术领域，公开了一种基于模糊逻辑和滑模控制策略的无人艇、无人机混合编队控制方法。步骤为：1）对无人艇、无人机混合编队的任务区域进行分解，将任务区域分解成多个子任务区域；2）建立子任务区域分配指标，根据分配指标规划混合编队中每个成员的期望航迹路线，并将期望航迹路线发送给每个成员的控制器；3）无人艇成员的控制器接收到期望航迹路线后，采用模糊逻辑逼近算法和滑模控制算法控制无人艇跟踪期望航迹路线进行航行；无人机成员的控制器接收到期望航迹路线后，采用反步滑模控制算法控制无人机跟踪期望航迹路线进行航行。该方法具有很强的抗干扰作用，能保证混合编队按照期望轨迹航行，提升了混合编队系统的鲁棒性。

技术领域

本发明属于无人艇技术领域，具体涉及一种基于模糊逻辑和滑模控制策略的无人艇、无人机混合编队控制方法及其控制系统。

背景技术

集群系统控制在众多的军事和民用领域有着巨大的应用潜力，例如多卫星深空探测、多无人机协同侦察、多导弹饱和攻击、多无人艇协同巡逻等等。其中无人水面航行器在近十年得到广泛的关注，有着众多的研究成果。但单无人艇能够完成的任务种类相对局限，通过多艇协作可以有效弥补在无人艇完成任务种类上的局限性。将无人机与无人艇相结合组成混合编队，通过调整无人艇和无人艇的相对位置关系，可以为包括侦察、探测、突防、围捕及打击等任务创造有利条件，提供技术保障。

考虑到外部事态和任务需求的高动态特性，混合编队的队形往往不是固定不变的，需要对编队进行动态调整。在海上作业的多艘无人艇由于海浪及地球曲率的影响，也会出现探测和通信受限的情况，尤其是在协同对海探测反潜时，无人艇二维运动的特性，也使得所获得探测目标的信息不够丰富，无人机三维探测信息及通信中继的加入，可以大幅提升整个集群系统通信的品质和探测的精度、维度及覆盖度。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种基于模糊逻辑和滑模控制策略的无人艇、无人机混合编队控制方法及其控制系统。

为实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供了一种基于模糊逻辑和滑模控制策略的无人艇、无人机混合编队控制方法，包括以下步骤：

(1)对无人艇、无人机混合编队的任务区域进行分解，将任务区域分解成多个子任务区域；

(2)建立子任务区域的分配指标，根据子任务区域的分配指标规划混合编队中每个编队成员的期望航迹路线，然后将期望航迹路线发送给每个编队成员的控制器；

(3)无人艇编队成员的控制器接收到期望航迹路线后，无人艇编队成员控制器采用模糊逻辑逼近算法和滑模控制算法控制无人艇跟踪期望航迹路线进行航行；无人机编队成员的控制器接收到期望航迹路线后，采用反步滑模控制算法控制无人机跟踪期望航迹路线进行航行。

根据上述的方法，优选地，步骤(1)的具体操作为：

(1a)通过聚类算法对无人艇、无人机混合编队的任务区域进行划分，得到k个子任务区域；

(1b)针对每个子任务区域，采用高斯概率密度函数表示该聚类区域的信息密度G_k(m)，则k个子任务区域的信息密度之和为p(m)，G_k(m)、p(m)的计算公式如式(1)、(I2)所示；

其中，P表示子任务区域中心的二维向量坐标，T表示混合编队任务要求的总时间；α_k表示第k个聚类区域的信息密度的权重，μ_k表示均值，C_k表示方差矩阵；