[发明专利]一种基于优化一致性算法的高速飞行器编队控制方法

说明书

本发明公开了一种基于优化一致性算法的高速飞行器编队控制方法，包括：初始化飞行器状态；在不考虑地球自转的情况下，对长机和从机在空间的运动进行动力学建模；判断飞行器是否为长机；进行长机编队控制，运用比例导引法获取到长机编队控制输入；进行从机编队控制和从机避撞控制，通过从机编队控制获得从机编队控制输入，通过从机避撞控制获得从机避撞控制输入；根据长机编队控制输入、从机编队控制输入和从机避撞控制输入，更新无人机运动状态。本发明可以使得高速无人机更快的形成队形，同时使得飞行器的轨迹更加稳定。同时针对组间飞行器碰撞，引入了人工势场法，该方法可以避免算法陷入奇异，使得飞行器可以应对突发情况。

技术领域

本发明属于飞行器编队控制领域，涉及多飞行器协同编队技术，具体涉及一种基于优化一致性算法的高速飞行器编队控制方法。

背景技术

目前多飞行器编队控制方法的研究多是针对无人机和低速导弹等低速飞行器系统展开，产生丰硕的研究成果，而高速飞行器由于其飞行速度快、飞行空域多变、速度变化剧烈等因素，其编队控制本身充满了挑战性，目前还处于探索阶段。近十年来虽然有很多学者根据飞行特性对高速飞行器的协同控制技术开展了大量研究，但是关于其编队控制问题的研究却较少。高速飞行器具有作战范围广、飞行速度快、机动性高、突防与打击能力强等诸多优势，而在进行编队时，高速飞行器本身就具备自身的独特性与复杂性。

一致性控制是多飞行器系统控制的基础，也是协同控制的一种特例。所谓的一致性控制是指通过设计合适的一致性算法或者协议使得所有飞行器的状态趋于一致。而考虑到高速飞行器的诸多限制，因此利用一致性协议来找到一种使用范围更广，控制效果更好的编队控制方法和系统。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于优化一致性算法的高速飞行器编队控制方法，在传统的高速飞行器一致性算法基础上，加入位置和速度的增益系数，该方法可以使得高速无人机更快的形成队形，同时使得飞行器的轨迹更加稳定。同时针对组间飞行器碰撞，引入了人工势场法，该方法可以避免算法陷入奇异，使得飞行器可以应对突发情况。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于优化一致性算法的高速飞行器编队控制方法，包括如下步骤：

S1：初始化飞行器状态；

S2：在不考虑地球自转的情况下，对长机和从机在空间的运动进行动力学建模，同时根据队形有向图设计计算邻接矩阵A_ij和拉普拉斯矩阵L；

S3：判断飞行器是否为长机，若为长机则执行步骤S4，若为从机则执行步骤S5；

S4：进行长机编队控制，运用比例导引法获取到长机编队控制输入；

S5：进行从机编队控制和从机避撞控制，通过从机编队控制获得从机编队控制输入，通过从机避撞控制获得从机避撞控制输入；

S6：根据长机编队控制输入、从机编队控制输入和从机避撞控制输入，通过动力学建模的运动方程更新无人机运动状态；

S7：判断是否到达目的地，若已到达则无人机编队控制系统结束操作，若未到达目的地，则继续执行步骤S3。

进一步地，所述步骤S1中飞行器状态的变量包括飞行器信息、目标区域信息。

进一步地，所述步骤S2中的动力学建模包括：

建立高速飞行器在三维空间中的运动方程：

其中，(x,y,z)表示高速飞行器在地理坐标系(OXYZ)_e中的位置；V,θ,ψ分别表示飞行器的速度，偏航角和俯仰角；空气阻力F_d＝(1/2)cρV²S，其中c、ρ、S分别为阻力系数、空气密度和飞行器表面积；m为飞行器质量。