[发明专利]无人机仿生配对控制方法及无人机集群蜂拥飞行控制方法

说明书

本发明公开了一种无人机仿生配对控制方法及无人机集群蜂拥飞行控制方法，包括：获取配对的无人机实时的当前位置；输入到预先构建的配对距离调节模型，得到距离调节数据，根据距离调节数据对配对的无人机进行距离调节；所述预先构建的配对距离调节模型利用平方律误差滑模面进行构建。优点：为实现配对无人机的精准距离控制，提出了一种平方律误差滑模面，针对性设计了配对滑模控制器，能够很好满足应用需求；对Olfati‑Saber所提出的蜂拥控制框架进行了改进，增加了配对控制项，相应地修正了势场力，此方法具有配对无人机之间的距离指数收敛、集群无碰撞蜂拥两个重要性能。

技术领域

本发明涉及一种无人机集群蜂拥飞行控制方法，属于无人机控制技术领域。

背景技术

当前的无人机集群控制研究中大多假设所有个体遵循相同的交互规则或是控制协议，而然近年来科学家对鸟群的飞行观察却得到更为丰富的交互方式。技术的进步使得科学家们可以在鸟类身上安装传感器收集数据，例如学者对寒鸦群飞行采集的大量实测数据并进行了分析，发现寒鸦群内部包含有配对的子结构，即配偶之间通过类似弹簧的相互作用力，始终保持较近的距离。通过进一步对视频中寒鸦拍动翅膀的动作分析，发现成对的寒鸦与邻居的交互比群体中不成对的鸟要少，拍动翅膀的速度也更慢，更有利于节省能量。基于此生物学现象，提出一种仿生的无人机集群双机配对飞行精准控制的方法。

当前大多数研究基于BOID模型以及Olfati-Saber所提出的蜂拥控制框架。Olfati-Saber蜂拥控制会形成相对稳定的栅格结构。如果在集群蜂拥的同时实施配对飞行，会遇到诸多困难。首先，无人机之间的吸引-排斥力将阻碍配对无人机靠拢。在仿真测试中发现，仅使用类似弹簧的作用力的控制方式，难以实现配对无人机精准控制。究其原因，一是由于周边无人机的相互影响，增加了扰动；二是，由于无人机之间需要保持一定的距离，尤其是当距离过近时必须能够产生较大的排斥力，此类吸引-排斥力函数通常是是非线性的，也为控制器设计增加了难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种无人机仿生配对控制方法及无人机集群蜂拥飞行控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种无人机仿生配对控制方法，包括：

获取配对的无人机实时的当前位置；

输入到预先构建的配对距离调节模型，得到距离调节数据，根据距离调节数据对配对的无人机进行距离调节；所述预先构建的配对距离调节模型利用平方律误差滑模面进行构建。

进一步的，所述预先构建的配对距离调节模型利用平方律误差滑模面进行构建的过程包括：

构建使配对的无人机之间距离收敛至期望值的期望模型；

根据期望模型构建平方律误差滑模面；

根据平方律误差滑模面构建趋近律；

根据期望模型和趋近律构建配对距离调节模型。

进一步的，所述期望模型为：

其中，p_n(t)、p_m(t)表示配对的无人机m和无人机n的当前速度；

q_n(t)、q_m(t)表示配对的无人机m和无人机n的当前位置，d_m表示配对的无人机m和无人机n之间的期望相对距离，

所述平方律误差滑模面为：