[发明专利]基于状态估计的飞行器集群系统的一致性控制方法

权利要求书

1.一种基于状态估计的飞行器集群系统的一致性控制方法，其特征在于，包括：

建立飞行器的非线性运动方程，根据所述飞行器的非线性运动方程构建飞行器的线性方程，根据飞行器的通信拓扑结构和所述飞行器的线性运动方程建立飞控集群系统；

建立所述飞控集群系统的分布式区间观测器，

使用所述分布式区间观测器使所述飞控集群系统中的所有飞行器达到一致性控制。

2.根据权利要求1所述的基于状态估计的飞行器集群系统的一致性控制方法，其特征在于：所述飞行器的非线性运动方程包括三个平动方程和三个旋转方程，

所述三个平动方程为：

所述三个旋转方程为：

其中，m是飞行器质量，U、V、W分别是x、y、z轴三个方向的平移速度，P、Q、R分别是x、y、z轴三个方向的旋转速率，g是地球的重力加速度，Φ是滚动角，Θ是俯仰角，X、Y、Z分别是由空气动力学和推进力引起的x、y、z轴三个方向的外力，表示对参数求一阶导数；I_x是x方向的惯性矩、I_y是y方向的惯性矩、I_z是z方向的惯性矩、I_xz是xz面的惯性矩，L_f、M分别是由空气动力学和推进力引起的x、y轴两个方向的力矩；

其中，Θ、Φ和偏航角Ψ的动态系统为：

3.根据权利要求2所述的基于状态估计的飞行器集群系统的一致性控制方法，其特征在于：根据所述飞行器的非线性运动方程构建飞行器的线性方程，具体为：

令飞行器处于直线和水平的非加速飞行中，此时V＝P＝R＝Φ＝0，简化公式(1)和(2)得到：

令飞行器处于平衡状态，此时满足：

其中，U₀表示x轴方向的平移速度初始值，u表示x轴方向的速度变化值，Q₀表示y轴方向的旋转速率初始值，q表示y轴方向的旋转速率变化值，X₀表示x轴方向的外力初始值，d( )表示对参数量的求导，dX表示x轴方向的外力变化值，W₀表示z轴方向的平移速度初始值，w表示z轴方向的速度变化值，M₀表示由空气动力学和推进力引起的y轴方向的力矩初始值，dM表示由空气动力学和推进力引起的y轴方向的力矩变化值,Θ₀表示俯仰角的初始值，θ表示俯仰角的变化值；

将公式(5)带入到公式(4)中得到：

用状态空间的形式表示纵向线性运动方程为：

其中，α＝α_T-α₀，α_T表示攻角的瞬时值，α₀表示攻角初始值，X_u表示沿x体轴的力的导数，Z_u表示沿z体轴和前进速度的力的导数，M_u表示俯力矩前进速度的导数，X_α表示沿x体轴和攻角的力的导数，Z_α表示沿Z体轴和攻角的力的导数，M_α表示俯仰力矩的导数，Z_q表示沿z体轴的力的导数，M_q表示俯仰力矩的导数，X_δ1表示第一个飞行器的沿x轴方向控制偏转的力导数，Z_δ1表示第一个飞行器的沿z轴方向控制偏转的力导数，M_δ1表示第一个飞行器的俯力矩控制偏转的导数，X_δ2表示第二个飞行器的沿x轴方向控制偏转的力导数，Z_δ2表示第二个飞行器的沿z轴方向控制偏转的力导数，M_δ2表示第二个飞行器的俯力矩控制偏转的导数，X_δn表示第n个飞行器的沿x轴方向控制偏转的力导数，Z_δn表示第n个飞行器的沿x轴方向控制偏转的力导数，M_δn表示第n个飞行器的俯力矩控制偏转的导数；δ1,...,δn是外部控制输入的变化，n表示飞行器的总个数；

在短周期模式下简化公式(7)得到所述飞行器的线性方程为：