[发明专利]仅方位角测量下基于双领导者模式的集群协同控制方法

说明书

本发明公开了一种仅方位角测量下基于双领导者模式的集群协同控制方法，首先为无人机集群中所有智能体分配身份，确定领导者、副领导者和其余跟随者，使用邻接矩阵规定编队内各无人机通讯关系，无人机利用方位角测量信息计算位置，根据目标误差输入运动控制律，完成编队跟随行为，最后判断智能体是否到达目标位置。本发明的方法仅需在无人机上配备能够探测领导者和第一跟随者相对方位角的传感器设备，只对领导者和第一跟随者二者有较高的设备要求，从而简化硬件设备，降低成本，在简单的约束下，能自动对其编队整体期望角度和缩放规模完成跟随，可实现集群的运动控制，对未知区域进行合作式扫掠，完成任务目标。

技术领域

本发明属于集群智能控制领域，具体涉及一种仅方位角测量下基于双领导者模式的集群协同控制方法。

背景技术

随着近些年自动化技术和电子技术的提升，使用有一定自主任务能力的无人机执行任务的应用领域得到长足发展，如农业植保，紧急搜救等领域。相较于目前较为常见的单机作业方式，多无人机协同作业可以提高在单位任务时间内的任务完成量，减少任务完成的总体时间。多无人机在同一地理区域内协同作业，为了避免任务区域重合，影响效率以及相互碰撞，造成损失，需要在多无人机之间设计通信方式和各无人机控制律对其路径和行为进行控制。

在多无人机控制领域中，领导者-跟随者编队法是一种较为常使用的方式，但是单领导者无法指示编队的行进方向，也不具备长度规模。利用双领导者设计，可以将领导者角色扩为一个具有大小的方向的刚体，加强对集群中跟随者的控制能力。在集群控制中通常需要跟随无人机通过传感器或是通信获取其他智能体的全局坐标，局部坐标或是距离信息进行定位。而如果无人机搭载的探测能力有限，无法获得以上三种信息，但可以基于简单的传感器获取其他无人机的相对方位角测量信息，本发明即提供了一种仅方位角测量下基于双领导约束的集群协同控制方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于仅方位角测量下双领导者模式方式的集群控制方法。

本发明采用的技术方案是：一种基于仅方位角测量下双领导者模式方式的集群控制方法，具体步骤如下：

S1、为无人机集群中所有智能体分配身份，确定领导者、副领导者和其余跟随者；

S2、使用邻接矩阵规定编队内各无人机通讯关系；

S3、无人机利用方位角测量信息计算位置；

S4、无人机根据目标误差输入运动控制律，完成编队跟随行为；

S5、判断智能体是否到达目标位置，若是则结束，若否则回到步骤S3。

进一步地，所述无人机集群中的角色有一个领导者、一个第一跟随者作为副领导者和若干其余跟随者，共三种类型。对于领导者和第一跟随者，允许其搭载较为复杂的探测器和通信设备以完成编队控制中的高级任务，而对于其余跟随者，其仅搭载足以获取双领导者无人机的相对方位角测量信息的探测器和通信设备。

进一步地，在所述步骤S2中，对于在双领导者模式下有n个无人机的智能编队，确定其表示信息获取关系的邻接矩阵为：

其中，邻接矩阵中的元素a_ij，表示的含义为编号为i的无人机到编号为j的无人机的信息流通能力，若为0则为不可流通，若为1则为可流通。一般的，若a_ij＝a_ji则编号为i的无人机和编号为j的无人机之间信息是双向流通的，在这里邻接矩阵表示从双领导者到其余跟随者的信息都是单向传递的。