[发明专利]多无人机同时到达协同控制方法

摘要

本发明涉及一种多无人机同时到达协同控制方法，属于飞行试验、无人机以及协同控制技术领域。其内容包括仅依靠局部信息交互的分散化控制结构和基于一致性算法的分散化控制策略。根据路径规划和速度控制的不同特点将二者结合起来，利用它们的互补优势来应对路径误差和突发威胁等不利因素的影响。本发明实现多无人机同时到达,提高控制策略的灵活性、鲁棒性和可靠性。提高整的多无人机协同作战效能，使得整个多无人机作战大系统在战争中发挥更大的作用。

主权项

1.一种多无人机同时到达协同控制方法，该方法的特征在于：(A)、多UAV同时到达的分散化协调控制描述；在任务中，有n架无人机要在同一时刻到达预先给定的k个目标位置，其中n≥k≥1；(B)无人机运动模型建立无人机的运动为一个速度方向固连在机体轴上的刚体运动，速度大小在一定范围内可连续变化。在实际的路径规划和协同控制算法中，一般不考虑无人机的飞行高度变化，将无人机视为在二维平面内运动的质点。无人机的简化运动模型取为：式中：i∈{1,2,…,n}为无人机的编号；[xi yi]T∈R2为平面位置坐标；vi、和ωi分别为飞行速度、航向角和航向角速度；UAV航向角的定义是，参考坐标系XOY中，UCAV速度方向和OX轴方向之间的夹角；取决于参考坐标系的选取，如果是相对于地面导航台，这个角就是UCAV的实际航线，前进的方向和飞机的实际位置到导航台之间的连线这两条射线的夹角，没有参照物的话就是指飞机的前进方向和正北方向之间的夹角；无人机的飞行控制系统具有自动驾驶仪的速度保持和航向保持功能，跟踪给定的速度指令和航向角指令；自动驾驶仪的速度保持和航向保持用一阶动态模型近似描述： v i · = a v , i [ v i c - v i ] - - - ( 2 ) ]]>式中：vic和分别为自动驾驶仪的速度指令和航向角指令；av,i和为与无人机及其飞行状态有关的正常数；系统通过速度指令vic和航向角指令来控制各个无人机运动，从而跟踪规划出的路径，通过调整速度达到同时到达的协同控制效果；协同控制算法主要是通过实时给出速度指令信号，各个UCAV通过调整自身的速度大小来保证到达各自目标的剩余时间这个变量达到一致，从而保证同时到达，形成同时打击的效果，增加攻击成功率和增大毁伤效果；无人机的运动约束按以下条件进行考虑：0＜vmin,i≤vi≤vmax,i，无人机的速度vi在其允许范围[vmin,i,vmax,i],(0＜vmin,i＜vmax,i)内变化，同时，航向角的变化率也存在上限值ωmax,i；加速度的变化范围[amin,i,amax,i],(amin,i＜0＜amax,i)：(C)同时到达算法；在多无人机协同控制中，在起飞前或任务开始前要预先对目标区域进行探测，探明威胁区域，之后进行任务分配；针对各个无人机的初始状态进行路径规划，并进行优化处理；通常可建立其全局优化模型：式中,P为所有无人机可行飞行路径的集合；pi为第i架无人机的飞行路径；每一组(p1,p2,…,pN)形成了一种路径规划的方案；J为定义的一种指标函数；总代价是各无人机飞行路径代价的代数和： J ( p 1 , p