[发明专利]一种转角与距离结合的旋翼无人机节能路径优化方法

权利要求书

1.一种转角与距离结合的旋翼无人机节能路径优化方法，用于对无人机需经过的n+1个任务点进行路径规划，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，由n+1个任务点构成集合N＝{n_i|i＝0,1,2,...,n}，取i＝0，即i的初始值设置为0；

步骤2，从集合N中取任务点n_i作为当前任务点，将当前任务点n_i放入路径L_i中，并将当前任务点n_i从集合N中删除，设路径L_i的能耗e_i＝0；

步骤3，在N中找一个任务点n_j，使得b_ij最小，将任务点n_j放入路径L_i中，并将任务点n_j从集合N中删除，e_i＝e_i+b_ij，其中b_ij表示无人机由当前任务点n_i飞到任务点n_j时的距离能耗；

步骤4，将路径L_i中的最后一个任务点作为任务点n_k，将路径L_i中当前任务点的前一个任务点作为任务点n_k-1，在集合N中找到一任务点n_r，使得c_k-1kr最小，其中c_k-1kr表示无人机由任务点n_k-1飞来，在任务点n_k转弯后飞到任务点n_r时的转角能耗与所对应的距离能耗之和，将任务点n_r加入到路径L_i中并在集合N中将任务点n_r删除，e_i＝e_i+c_k-1kr；

步骤5，重复步骤4，直至集合N为空集为止；

步骤6，e_i＝e_i+c_k-1ki，c_k-1ki表示无人机从路径L_i中倒数第二个任务点n_k-1飞来，并在路径L_i中最后一个任务点n_k转弯后飞到起始任务点n_i时的转角能耗和所对应的距离能耗之和；

步骤7，i＝i+1，如果i小于等于n，则转到步骤2，否则执行步骤8；

步骤8，对所得到n+1个路径集合{L₀,L₁,...,L_i,...,L_n}及所对应的能耗集合{e₀,e₁,...,e_i,...,e_n}，将能耗集合{e₀,e₁,...,e_i,...,e_n}中能耗最小所对应的路径作为无人机的节能路径，具体包括：

采用以下数学模型表示基于转角和距离的能耗最少线路规划：

使满足：

x_ijk∈{0，1}，(i，j，k＝0，1，…，n) (10)

模型中，f(N，X)是目标函数，其物理意义为无人机通过一条路线遍历所有任务节点的能耗；由于这里考虑路线长度和其中包含的转角对飞行能耗带来的影响，所以其参数为影响路线形状的任务节点的位置N，以及过顶点的转角的选择矩阵X；e_i,j表示无人机从节点n_i飞到节点n_j所需的能量，通过函数e(n_in_j)和e(∠n_in_jn_k)求得；x_ijk的取值为0或1；

采用式(5)至式(10)确定一条过且只过一次每个任务节点的环路路线后，确定飞行能耗。

2.如权利要求1所述的旋翼无人机节能路径优化方法，其特征在于，通过式(1)得到无人机由任务点n_k-1飞来，在任务点n_k转弯后飞向任务点n_r时的转角能耗与所对应的距离能耗之和c_k-1kr：

c_k-1kr＝a_k-1kr+b_kr (1)

式(1)中，a_k-1kr表示无人机由任务点n_k-1飞来，在任务点n_k转弯后飞向任务点n_r时的转角能耗，b_kr表示无人机由任务点n_k飞到任务点n_r时的距离能耗。