[发明专利]一种基于跟踪微分器的多四旋翼无人机安全编队控制方法

权利要求书

1.一种基于跟踪微分器的多四旋翼无人机安全编队控制方法，其特征在于，按时序实时执行如下步骤：

步骤A.针对预设数量四旋翼无人机，以各架四旋翼无人机之间相互通信，且至少一架四旋翼无人机获取虚拟领航者信息为目标，构建全部四旋翼无人机所对应的编队样式、以及通讯拓扑结构，并获得各架四旋翼无人机分别所对应的约束模型，进而获得各架四旋翼无人机分别所对应受约束的协同编队同步误差，然后进入步骤B；

步骤B.根据各架四旋翼无人机分别所对应受约束的协同编队同步误差，应用误差变换方法，获得各架四旋翼无人机分别所对应不受约束的协同编队同步误差，然后进入步骤C；

步骤C.根据各架四旋翼无人机分别所对应不受约束的协同编队同步误差，获得各架四旋翼无人机的速度动态虚拟控制律、姿态角动态虚拟控制律、角速度动态虚拟控制律，并应用双曲正切跟踪微分器，获得各架四旋翼无人机的速度微分控制信号、姿态角微分控制信号、角速度微分控制信号，然后进入步骤D；

步骤D.建立各架四旋翼无人机分别所对应的自适应神经网络干扰估计器，用于对四旋翼无人机系统中的不确定性和环境干扰进行实时估计，并结合各架四旋翼无人机的速度微分控制信号、姿态角微分控制信号、角速度微分控制信号，构建各架四旋翼无人机分别所对应的速度环控制器和姿态环控制器。

2.根据权利要求1所述一种基于跟踪微分器的多四旋翼无人机安全编队控制方法，其特征在于：所述步骤A中，基于所构建全部四旋翼无人机对应的编队样式、以及通讯拓扑结构，获得各架四旋翼无人机分别所对应的约束模型如下：

其中，1≤i≤I，I表示四旋翼无人机的数量，X_i,p＝[X_i,p1,X_i,p2,X_i,p3]^T和X_i,v＝[X_i,v1,X_i,v2,X_i,v3]^T分别表示第i架四旋翼无人机在惯性坐标系O_eX_eY_eZ_e中的位置向量和速度向量，X_i,Θ＝[X_i,Θ1,X_i,Θ2,X_i,Θ3]^T和X_i,ω＝[X_i,ω1,X_i,ω2,X_i,ω3]^T分别表示第i架四旋翼无人机在机体坐标系o_Bx_By_Bz_B下的姿态角向量和角速度向量，表示的一阶导数；表示第i架四旋翼无人机位置动态的虚拟控制输入，m_i表示第i架四旋翼无人机的质量，G_i＝[0,0,m_ig]^T表示第i架四旋翼无人机的重力矩阵，g表示重力加速度；g_i,1表示第i架四旋翼无人机与姿态运动相关的位置输入矩阵，g_i,1＝[cos(X_i,Θ3)sin(X_i,Θ2)cos(X_i,Θ1)+sin(X_i,Θ3)sin(X_i,Θ1),sin(X_i,Θ3)sin(X_i,Θ2)cos(X_i,Θ1)-cos(X_i,Θ3)sin(X_i,Θ1),cos(X_i,Θ2)cos(X_i,Θ1)]^T；u_i,1表示第i架四旋翼无人机螺旋桨的总推力或升力之和，U_i,ω＝[u_i,2,u_i,3,u_i,4]^T表示第i架四旋翼无人机的力矩，u_i,1＝F_i,1+F_i,2+F_i,3+F_i,4,u_i,3＝J_i,θ(l_iF_i,2-l_iF_i,4)，u_i,4＝J_i,ψ(-c_iF_i,1+c_iF_i,2-c_iF_i,3+c_iF_i,4)，l_i和c_i分别表示第i架四旋翼无人机质心到螺旋桨电机的距离、以及力矩系数，F_i,1、F_i,1、F_i,1、F_i,4分别表示第i架四旋翼无人机四个螺旋桨的升力，f_i,v(X_i,v)＝-Π_i,1X_i,v/m_i和分别表示第i架四旋翼无人机气动系数中的参数化不确定性项，Π_i,1表示第i架四旋翼无人机的轨迹回路阻尼矩阵，Π_i,2表示第i架四旋翼无人机的姿态回路阻尼矩阵，表示第i架四旋翼无人机正定对角惯性矩阵，Δ_i,v＝[Δ_i,v1,Δ_i,v2,Δ_i,v3]^T和Δ_i,ω＝[Δ_i,ω1,Δ_i,ω2,Δ_i,ω3]^T分别表示第i架四旋翼无人机位置环所受有界环境干扰和姿态环所受有界环境干扰。