[发明专利]一种无人机集群有限时间仿射编队飞行控制方法

权利要求书

1.一种无人机集群有限时间仿射编队飞行控制方法，其特征在于：该方法步骤如下：

步骤一：初始化

在三维空间中，随机生成n≥4架无人机的初始飞行状态，包括空间位置p_i＝[x_i,y_i,z_i]^T、空速V_i、航向角ψ_i和高度变化率h_i，其中下标i表示无人机的编号；在无人机集群的飞行环境中放置n_o个边界光滑的障碍物，初始化最大仿真时间T_max和采样时间T_s；

步骤二：确定无人机集群的名义编队构型，并根据无人机集群的名义编队构型选择领航无人机；

步骤三：确定无人机集群的通信拓扑，并基于该通信拓扑和名义编队构型，求解无人机集群的应力矩阵；

步骤四：计算领航无人机与环境中的障碍物间的避障势函数；

步骤五：生成领航无人机的期望位置和期望速度

对于无人机集群中的领航无人机i∈V_l，生成领航无人机i在该时刻的期望位置向量期望速度向量和期望速度向量的一阶导数

步骤六：计算领航无人机的有限时间飞行控制律；

步骤七：更新领航无人机的飞行状态

将自动驾驶仪控制指令代入领航无人机i的动力学模型中，然后更新领航无人机i的飞行状态，得到下一时刻无人机i的位置p_i＝[x_i,y_i,z_i]^T，速度V_i，航向ψ_i和高度变化率h_i；

步骤八：计算跟随无人机的有限时间飞行控制律；

步骤九：更新跟随无人机的飞行状态

将由步骤八计算得到的自动驾驶仪控制指令代入跟随无人机j的动力学模型中，然后更新跟随无人机j的飞行状态，得到下一时刻无人机j的位置p_j＝[x_j,y_j,z_j]^T，速度V_j，航向ψ_j和高度变化率h_j；

步骤十：判断是否停止迭代

仿真迭代次数t＝t+T_s；若t大于最大仿真时间T_max，则仿真结束，进入步骤十一；否则，返回步骤四；

步骤十一：输出无人机集群在受限环境中的仿射编队飞行控制结果。

2.根据权利要求1所述的一种无人机集群有限时间仿射编队飞行控制方法，其特征在于：步骤二所述选择领航无人机，具体过程如下：

根据无人机集群的任务需求，确定无人机集群的名义编队构型p为：

其中，名义编队构型为无人机集群系统在无扰动的理想环境中需要保持的编队构型；此外，名义编队构型的增广矩阵需满足

将使得名义编队构型的增广矩阵行线性无关的4架无人机作为领航无人机，剩余的n-4架无人机作为跟随无人机。