[发明专利]未知扰动下的高层消防多无人机滑模跟踪控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种未知扰动下的高层消防多无人机滑模跟踪控制方法及系统，包括以下步骤：建立扰动情形下无人机标称系统数学模型；确定在无人机集群跟踪控制过程中各无人机之间的网络通信拓扑结构；针对第i个跟随无人机标称系统，根据网络通信拓扑结构，确定协同一致性位置跟踪误差和协同一致性速度跟踪误差；确定分布式积分型滑模面，构造未知扰动下单架无人机的自适应滑模跟踪控制律，从而控制跟随无人机跟踪领航无人机的位置和速度。

技术领域

本发明属于无人机跟踪控制技术领域，具体涉及一种未知扰动下的高层消防多无人机滑模跟踪控制方法及系统。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

当前城市化进程越来越快，城市的拥挤度、建筑群规模和高度不断刷新纪录，百米以上的高层建筑呈逐渐增多趋势。但是，若出现失火等消防问题，传统消防车面临着“够不着、进不去、展不开和打不准”的难题，如空间上消防水炮喷射高度受限，时间上消防车抵达时间受限，操作上消防员高空作业困难且消防车臂架顶端不稳定等。特别是针对高层建筑着火，基本上还是传统的云梯消防车模式，救援时间紧急，灭火效果差，火灾情况难以控制，给人民的生命财产带来了极大伤害。因此，借助消防无人机进行高层现场火情勘察以及人员逃生导向成为高层灭火救援的一个有效手段，无人机集群具有协同控制、能力互补等特点，极大地提高了救援任务的执行效率。因此，消防多无人机的抗扰跟踪控制是高层灭火救援领域的研究热点，对保障人民群众生命财产安全和国家长治久安具有重大意义。

在高层消防灭火救援工作中，首先，必须要保证消防无人机的稳定性，避免机械设备受到高热或者大风等因素的影响。因此，滑模控制作为一种极其有效的鲁棒控制方法，对消防无人机在高层室内飞行过程中存在的烟尘、强对流和高温等复杂外界环境具有很强的适应性和鲁棒性。此外，消防多无人机协同飞行过程中存在的烟尘、强对流和高温容易造成无人机之间的通信不连续问题。

在复杂的火场环境中，消防多无人机协同飞行过程中遇到的外部扰动比正常环境下更加严苛，导致整个无人机集群的稳定性能下降，甚至影响整个无人机群系统的稳定性，从而给高层火灾救援的安全性造成不可预测的隐患。因此，提高消防多无人机集群的抗扰控制能力变得十分重要。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种未知扰动下的高层消防多无人机滑模跟踪控制方法及系统，该方法可以使得消防多无人机集群能够克服未知外部扰动和网络通讯受限的影响，从而实现整个消防多无人机集群的协同稳定飞行，不仅能够保证跟随无人机的位置和速度最终跟踪上领航无人机的位置和速度，而且可以有效地降低消防多无人机集群的能源损耗。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种未知扰动下的高层消防多无人机滑模跟踪控制方法，包括以下步骤：

建立扰动情形下无人机标称系统数学模型；

确定在无人机集群跟踪控制过程中各无人机之间的网络通信拓扑结构；

针对第i个跟随无人机标称系统，根据网络通信拓扑结构，确定协同一致性位置跟踪误差和协同一致性速度跟踪误差；

确定分布式积分型滑模面，构造未知扰动下单架无人机的自适应滑模跟踪控制律，从而控制跟随无人机跟踪领航无人机的位置和速度。

作为进一步的技术方案，扰动情形下无人机标称系统数学模型为：