[发明专利]一种无人机集群飞行中有限交互情形下的协同控制方法

说明书

本发明涉及一种无人机集群飞行中有限交互情形下的协同控制方法，包括：确定信息无人机用于对周围普通无人机进行协同控制的输入输出变量和语言值，并依据专家经验法得出输入输出变量与所述语言值之间的隶属度函数；基于输入输出变量和语言值，设计无人机协同控制方案，以及对无人机协同控制方案进行模糊推理；将完成的无人机协同控制方案和隶属度函数导入信息无人机；信息无人机采集周围实时的输入语言值，且确定出用于对周围所述普通无人机进行协同控制的输出语言值；信息无人机对确定出的输出语言值进行去模糊化处理，生成包含有精确值的输出变量；信息无人机基于输出变量所包含的精确值改变信息无人机的通信覆盖范围。

技术领域

本发明涉及无人机集群飞行控制领域，尤其涉及一种无人机集群飞行中有限交互情形下的协同控制方法。

背景技术

路径跟踪是无人机集群执行复杂任务的基础，要求所有无人机能够沿着预设路径运动，同时无人机之间能够保持一定距离避免发生碰撞，距离也不能过大保证集群具有一定的聚集性。在实际飞行过程中，由于地面控制站对于无人机进行一对一控制会导致通信负担与操作负担过大，并且存在非合作信息无法被准确表述或者通讯中断导致信息传递失败的情形。尤其是，当考虑无人机集群中仅一架无人机获取到目标信息(以掌握目标信息的无人机称为信息无人机)并且据此规划路线(信息无人机规划出的路线即为无人集群的预设路径)时，上述信息传递失败的情形则更加明显。

在无人机集群执行路径跟踪任务时，个体的通信半径有限，依据周围所有邻居的状态信息，包括但不限于速度、位置信息等等，来解算自身的期望速度。然而，在实际飞行过程中，无人机实时知晓所有近邻个体的状态信息并进行解算是难以实现的，由于机载平台的通信能力和计算资源有限，可能最多只能与周围若干邻居进行交互，个体只能够根据有限的邻居信息来解算自身的期望速度，即为有限交互情形。在这种情形下，个体无法充分利用邻居信息，可能无法与信息无人机迅速对齐，会出现部分个体跟丢信息无人机导致路径跟踪任务失败的情况。并且，个体的可交互邻居数量越少，个体能够利用的邻居状态信息越少，集群完成路径跟踪任务的成功率也会越低，在有限交互情形下如何提高无人机集群路径跟踪的成功率是具有重要研究意义的。其中，成功率指的是无人机集群中顺利完成路径跟踪任务的个体占所有个体的比例。

此外，无人机的通信半径与通信功率有关，个体的功率越大，半径越大，可以获得更多的其他无人机的状态信息，更有利于集群实现路径跟踪，但会带来更大的计算代价和能量消耗。反之，个体的通信半径越小，可以与其他无人机进行交互的范围越小，但是可以降低能量消耗。实际上，在无人机集群飞行过程中，个体始终保持较大的通信半径是不必要的，实时减小个体的通信半径可以降低无人机集群的能量消耗。因此，本发明考虑设计以适时调整信息无人机通信半径为内容的控制策略，以求在有限交互情形下能够以更低能量消耗实现无人机集群的路径跟踪。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机集群飞行中有限交互情形下的协同控制方法，可以在有限交互情形下以更小能量消耗便足以实现无人机集群路径跟踪。

为实现上述发明目的，本发明提供一种无人机集群飞行中有限交互情形下的协同控制方法，包括：

S1.确定信息无人机用于对周围普通无人机进行协同控制的输入输出变量和语言值，并依据专家经验法得出所述输入输出变量与所述语言值之间的隶属度函数；其中，所述输入输出变量包括：输入变量和输出变量，所述语言值包括：输入语言值和输出语言值；

S2.基于所述输入输出变量和所述语言值，设计所述无人机协同控制方案，以及基于Mamdani法对所述无人机协同控制方案进行模糊推理；

S3.将完成的所述无人机协同控制方案和所述隶属度函数导入所述信息无人机；

S4.所述信息无人机采集周围所述普通无人机的实时状态以获取实时的输入语言值，且基于实时的所述输入语言值和所述无人机协同控制方案确定出用于对周围所述普通无人机进行协同控制的输出语言值；