[发明专利]一种时空联合的多架无人机协同控制系统的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及多架无人机协同控制技术领域，特别涉及一种时空联合的多架无人机协同控制系统的构建方法。

背景技术

多架无人机协作执行任务成为一个重要的发展趋势，具有更大的控制范围、相互补足、任务分担等。协同控制多架无人机能够执行复杂任务或复杂环境下的任务，缩短执行任务的时间、提高工作的效率，并且能够提高系统的鲁棒性能。然而多架无人机协同执行任务，存在控制和镇定等方面的问题。首先，多架无人机协同执行任务会产生由任务引发的相互关联和相互通信，每架无人机是一个在三维空间的连续变化系统，而无人机之间进行信息交换是在一些相对离散的时刻，这样，系统就可能同时表现出连续和离散两种动态特性。其次，有限的信道数据率自然会产生不可忽略的通信时延。再次，系统的动态性能不仅取决于一架无人机的飞行控制动力学特征，还往往取决于它们之间的任务关联及互连本质。另外，系统中存在大量的输入和输出，用单一地集中式控制来实现是不太实际的。从而多架无人机之间的协同控制成为迫切需要解决的关键问题之一。

早期研究较多的是无人机编队控制，主要工作一般是在假定通信具有全局可达的情况下通过给定或构建运动的期望曲线设计协同控制律使得无人机间的相对位置或者距离达到期望值。目前多架无人机集群的协作控制研究主要集中在空间和时间两个单独的方面，即一方面是针对分布式的感知任务进行配置协作，另一方面是针对不同时间段需要完成的任务进行配置协作。而一般多架无人机协同控制执行任务时，如可视导航，实时侦察监控等需要从空间和时间两个方面进行联合实现同时控制和协作，这方面的相关研究还较少。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为此，本发明的的一个目的在于提出一种可以有效控制多架无人机的协作的时空联合的多架无人机协同控制系统的构建方法，该方法具有高效、稳定和可靠的优点。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种时空联合的多架无人机协同控制系统的构建方法，包括如下步骤：确定每架无人机的用途和特性，并根据所述每架无人机的飞行环境、用途和预定任务确定对所述多架无人机的协同控制的协同控制项目；建立所述多架无人机协同控制系统的构建模型，根据所述每架无人机的预定任务和所述构建模型构建所述多架无人机协同应用的控制系统；根据所述每架无人机的预定任务建立相应的控制策略，并根据所述控制策略对所述控制系统进行协同控制。

另外，根据本发明上述实施例的时空联合的多架无人机协同控制系统的构建方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，对所述多架无人机的协同控制，进一步包括：根据同一区域和同一任务对所述多架无人机的协同控制，或者根据不同区域和不同任务对所述多架无人机的协同控制。

在一些示例中，所述协同控制项目包括：所述多架无人机的每一架无人机的功能模块、移动性、机群拓扑结构、机间交互通信、任务配置和网关集群策略。

在一些示例中，所述无人机的功能模块包括飞行控制和管理系统、传感系统、信息采集获取系统、信息传输处理系统和故障检测系统，移动性包括路径规划、姿态控制，机间交互通信包括机间交互结构、路由方式、链路状况、通信协议、移动性管理及信息组织状况，任务配置包括任务分工策略和调整策略。

在一些示例中，所述多架无人机协同应用的控制系统是利用网关集群构建的。

在一些示例中，所述网关集群构建模型包括控制层、结构层、网络层和无人机接入应用层，其中，所述控制策略是通过所述控制层建立的，所述机群拓扑结构是通过结构层根据所述预定任务和控制层的指令信息进行规划和调整的，并对移动性进行路径规划和管理，所述网络层用于控制多架无人机之间的交互通信、信息共享及网关互连协同，所述无人机接入应用层用于所述多架无人机的接入应用服务。

在一些示例中，所述根据每架无人机的预定任务建立相应的控制策略，并根据所述控制策略对所述控制系统进行协同控制的步骤包括：根据不同的预定任务从整体到局部规划采用相应的控制方式，以从主控、辅控和监控建立控制策略，以对所述控制系统进行协同控制。

根据本发明实施例的方法，可以有效控制多架无人机的协作，具有高效、稳定和可靠的优点。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：