[发明专利]一种基于分布式体系结构的四旋翼编队飞行控制方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式体系结构的四旋翼编队飞行控制方法，将整个四旋翼机群分解为若干个领航者与跟随者双机结构，通过地面站发布不同的编队队形控制指令，利用距离反馈控制律使每个领航者与跟随者双机结构达到期望的队形，进而完成整个机群的编队队形形成、变换、保持以及返场降落等任务，整个过程具有良好的编队飞行效果，且分布式的编队还具有结构灵活、易于控制，无需占用太多资源等特点。

技术领域

本发明属于飞行控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于分布式体系结构的四旋翼编队飞行控制方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，无人机技术快速发展，四旋翼无人机作为近几年日趋成熟的新兴科技产品，被广泛用于民用、工业和军事等各个领域。在某些情况下，由于自身飞行能力和载荷的限制，单架四旋翼难易满足应用需求，常需要多架协作共同完成任务目标，如何协同控制多架四旋翼完成单架四旋翼难以胜任的任务成为了急需解决的问题。

由此人们提出了四旋翼机群的编队飞行控制。其中，编队控制的体系结构主要分为集中式和分布式两种，集中式编队控制要求编队中每一架四旋翼或者至少有一架四旋翼能够获得编队中其他四旋翼的状态信息，以通过运算规划每一架四旋翼的运动轨迹来达到编队要求，而分布式编队控制不需要获得编队中其他所有四旋翼的状态信息，只需要得到相邻几个四旋翼的局部信息即可实现编队控制。目前市面上的四旋翼编队飞行是以集中式为主的无人机灯光秀，而分布式控制的编队飞行大多还停留在理论仿真阶段，真正的分布式四旋翼编队飞行却没有出现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于分布式体系结构的四旋翼编队飞行控制方法，通过将整个四旋翼机群分解为若干个领航者与跟随者双机结构，利用距离反馈控制律使每个领航者与跟随者双机结构达到期望的队形，进而完成对整个机群的编队飞行控制。

为实现上述发明目的，本发明一种基于分布式体系结构的四旋翼编队飞行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、初始化四旋翼机群

(1.1)、四旋翼机群及对应的四旋翼板载计算机上电初始化；

(1.2)、通过机载计算机组建四旋翼机群内部通信网络，并同步网络时间；

(1.3)、同步机群内各四旋翼位置里程计，统一整个四旋翼机群编队的坐标原点；

(1.4)、上位机将整个四旋翼机群编队队形按照任务要求分解为若干个领航者与跟随者双机结构，并发送各双机结构中跟随者在其机体坐标系的前向和右向需要与领航者保持的期望队形(f_d0，s_d0)于对应的跟随者板载计算机上，其中，f_d0为跟随者在其机体坐标系的前向距离，s_d0为跟随者在其机体坐标系的右向距离；

(2)、控制四旋翼机群形成编队飞行队形

(2.1)、通过地面站手动起飞四旋翼机群，使每架四旋翼离地面距离h₁，再通过地面站切换每架四旋翼为定点飞行模式；

(2.2)、每架四旋翼的飞行控制模块给对应的四旋翼板载计算机一模式转换信号，使四旋翼机载计算机以固定频率f₀广播本四旋翼的位置信息到通信网络中，并以固定频率f₁从通信网络中接收相邻四旋翼的位置信息；

(2.3)、每个双机结构中，跟随者判断是否达到期望队形，若达到，则保持定点飞行模式，若未达到，则该跟随着的机载计算机通过获取到的自身位置信息与对应领航者的位置信息，根据上位机发送的期望队形(f_d0，s_d0)，利用距离反馈控制律计算出该跟随者的期望飞行速度v_d，同时又以固定频率f₀向该跟随者的飞行控制模块发送期望飞行速度v_d；