[发明专利]一种基于变分法的无人机最优能耗路径的规划方法

说明书

本发明公开了一种基于变分法的无人机最优能耗路径的规划方法，S1，基于A*算法设计无人机飞行的最短路径；S2，基于变分法依次计算最短路径中相邻两个节点的运动数据和最优能耗控制量；其中运动数据包括无人机的位置x₁(t)和速度x₂(t)；本方案在运用A*算法时，剩下的节点越少，需要比较的距离就越少，因为大部分的节点已经被放到了close列表；A*算法本身不复杂，而且能找到相对较优解，占用的资源少。本方案使用变分法解算出无人机在两坐标间飞行时位置、速度和控制量的通式，分解到x,y轴加以分析，得到一个最优控制策略，使无人机在坐标点之间飞行时有最小能耗。

技术领域

本发明涉及无人机飞行路径规划技术领域，具体涉及一种基于变分法的无人机最优能耗路径的规划方法。

背景技术

随着科技的发展，无人机的技术越来越成熟，无人机应用于许多领域，比如城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄等行业，甚至用于军事、国防上。由于在加载无人机的能源有限。因此无人机在飞行过程中，需要选择最短飞行路径和在坐标点之间飞行时实现最优能耗。

目前计算路径的方法有很多，比如有贪婪算法，穷尽搜索法，蚁群算法，遗传算法等等。贪婪算法是每次选择新节点时都要求路径最短，这样只能做到局部最优，无法做到全局最优，不可取；而穷尽搜索法是对全部节点进行全排列，寻找最优路径，这样做的确可以找到最优，但是非常耗时间，就算用计算机运算也要运算很多天，不太现实；对于蚁群算法和遗传算法这类算法，可以在短时间内找到相对较优解，但是算法本身很复杂，对研发人员的要求很高。在规划无人机最优能耗路径，目前控制技术中多使用经典PID控制，也就是比例积分微分控制，此控制方法使用广泛，技术成熟，但是在选择系数的时候很依赖于实际情况和多年的使用经验，并且做不到非常精准的控制。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种基于变分法的无人机最优能耗路径的规划方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于变分法的无人机最优能耗路径的规划方法，包括：

S1，基于A*算法设计无人机飞行的最短路径；

S2，基于变分法依次计算最短路径中相邻两个节点的运动数据和最优能耗控制量；其中运动数据包括无人机的位置x₁(t)和速度x₂(t)；

S3，将最短路径中所有相邻节点的无人机的位置x₁(t)分解到x轴和y轴；

S4，将无人机的位置x₁(t)的x轴分量、y轴分量分别加上无人机在相邻节点飞行中的第一个节点坐标的x轴分量、y轴分量后，作为整个路径的运动过程中的运动参数。

优选地，步骤S1包括：

S11，获取无人机预先设定要经过的各个节点的坐标信息，把起始节点放入close列表，把剩余节点放入open列表，

S12，分别计算open列表中每一个节点的f值；选出f值最小对应的节点作为下一个目标节点；并把f值最小对应的节点放入close列表，更新open列表；

S13，将open列表中的节点重复执行步骤S11-S12，得到各个节点的飞行顺序，作为无人机飞行的最短路径。

优选地，f＝g+h；其中g＝g₁+g₂，g₁为已确定节点的路径距离，g₂为当前节点和上一个确定节点的距离；h的计算步骤为：计算两两节点之间的距离，选择最小距离；将open列表中的节点数和最小距离相乘,得到h。