[发明专利]基于连续凸规则的多无人机编队控制方法、装置及介质

说明书

本发明公开了一种基于连续凸规则的多无人机编队控制方法、装置及介质，方法包括：确定无人机编队的全局路径规划；所述全局路径规划用于确定所述无人机编队从起点到终点的行动路径以及编队队形；根据线性化和离散化无人机动力学约束，将所述无人机编队的避碰约束转化为凸约束；根据所述凸约束确定所述无人机编队的局部路径规划；所述局部路径规划用于确定所述无人机编队中每个无人机的行动轨迹；通过预设模型对所述无人机编队进行实时路径跟踪控制。本发明可根据具体环境决策出对应的队形，并且可保证编队数量的可拓展性，稳定性，预防编队死锁，可广泛应用于无人机控制技术领域。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，尤其是一种基于连续凸规则的多无人机编队控制方法、装置及介质。

背景技术

群体无人机可以用来执行各种任务，例如监视，检查和自动化工厂。在这些情况下，可能需要无人机进行编队导航，例如维护通信网络，协作操纵对象或勘测区域。相对于常规系统，移动编队具有许多优势，例如，它可以降低系统成本，提高系统的鲁棒性和效率，同时为系统提供冗余，重新配置能力和结构灵活性。在许多应用中，要求群体无人机在抵达目标点的过程中相互避碰且避免与障碍物相互碰撞，同时保持所需编队队形，因此对于编队控制方法的准确性和鲁棒性以及拓展性要求较高。另外，编队控制方法需要考虑到无人机的运动学约束、无人机之间的相互协调以及环境的不确定性干扰等等限制条件。

目前相对成熟且比较通用的队形控制算法有长机-僚机法、基于行为法、虚拟结构法。

长机-僚机法。至少有一个无人机扮演领导者的角色，其余的无人机被指定为追随者。追随者用一些规定的偏移量来跟踪领导者的位置，而领导者则跟踪它想要的轨迹。这种控制策略的特点是基于预设的编队结构。通过对长机的速度、偏航角和高度跟踪来调整僚机，达到保持编队队形的目的。

基于行为法。一类模拟生物反应式行为机制的编队控制方法。在多无人机编队飞行过程中，机群中每一架无人机对其传感器输入信息的行为响应可能有4种情况：碰撞避免、障碍物回避、目标获取和队形保持。这种方法的最大特点是借助于行为响应控制的平均权重来确定编队中每一架无人机该采用哪一种行为响应方式。

虚拟结构法。在虚拟结构方法中，整个编队被视为单个结构。在虚拟结构方法中，控制分为三个步骤：首先，定义虚拟结构的期望动力学，其次，将虚拟结构的运动转换为每个无人机的期运动，最后，推导出每个航天器的跟踪控制。虚拟结构法通过共享编队虚拟结构的状态信息进行编队控制，可以任意设定编队队形，能够实现精确的队形保持。

但是，长机-僚机法没有对编队的明确反馈,例如，长机可能移动得太快，以至于随后的无人机无法追踪。而且长机如果出现问题，整个系统都将崩溃。另一个弱点就是鲁棒性较差容易受到外界干扰的影响，因为受到外界或者其他干扰的影响，误差会逐级向后传播并被放大。

基于行为法的主要缺点是无法明确定义组行为，而组行为被称为“出现”，也就导致无法实现精确的队形保持。另一个缺点是，行为方法很难用数学方法进行分析，并且通常无法保证编队的特征(如稳定性)。

虚拟结构法将无人机的队形组成看做是刚性的虚拟结构，在无人机编队飞行运动期间，单个无人机个体可以看做是固定在虚拟结构上的固定位置。而这样一来，会导致编队在经过狭隘区域时无法通过伸缩队形或切换队形来通过该区域。而且虚拟机构法需要高通信质量，所以容易受到通信的制约。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种稳定性高的，基于连续凸规则的多无人机编队控制方法、装置及介质，能够提高无人机编队数量的可拓展性。

本发明的一方面提供了一种基于连续凸规则的多无人机编队控制方法，包括：

确定无人机编队的全局路径规划；所述全局路径规划用于确定所述无人机编队从起点到终点的行动路径以及编队队形；

根据线性化和离散化无人机动力学约束，将所述无人机编队的避碰约束转化为凸约束；