[发明专利]一种有向交互拓扑下无速度测量的四旋翼编队控制方法

权利要求书

1.一种有向交互拓扑下无速度测量的四旋翼编队控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S100：确定多四旋翼无人机的领航者-跟随者架构，获取各四旋翼无人机在架构中的预设项参数，根据所述多四旋翼无人机的领航者-跟随者架构和所述预设项参数建立多四旋翼无人机系统模型；

步骤S200：使用有向图来描述所述多四旋翼无人机的领航者-跟随者架构中领航者与跟随者之间的交互拓扑；

步骤S300：基于二阶滤波辅助系统设计有向拓扑下无需线速度的位置控制算法，根据所述领航者与跟随者之间的交互拓扑定义得到编队误差，根据所述编队误差、所述有向拓扑下无需线速度的位置控制算法和所述多四旋翼无人机系统模型得到每个四旋翼的输入推力；

步骤S400：基于旋转矩阵设计无需角速度的几何姿态控制器，定义旋转矩阵误差和辅助变量，根据所述定义的旋转矩阵误差、所述定义的辅助变量和所述无需角速度的几何姿态控制器得到每个四旋翼的输入力矩；

步骤S500：根据所述每个四旋翼的输入推力和所述每个四旋翼的输入力矩控制有向交互拓扑下无速度测量的四旋翼编队。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，领航者-跟随者架构包括n个追随者，标记为UAV 1到UAV n，以及一个虚拟领航者标记为UAV 0，所述各四旋翼无人机在架构中的预设项参数包括各四旋翼的质量、各四旋翼在惯性坐标系中的位置和线速度、各四旋翼在本体坐标系中的角速度、各四旋翼具有对称正定特征的惯性矩阵和各四旋翼从四旋翼本体坐标系到惯性坐标系的旋转变换矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S100中根据所述多四旋翼无人机的领航者-跟随者架构和所述预设项参数建立多四旋翼无人机系统模型具体为：

其中，i＝{1,2,...,n}；m_i为第i个四旋翼的质量；g为重力加速度；e₃＝[1,0,0]^T为单位向量；表示具有对称正定特征的惯性矩阵；和分别表示四旋翼在惯性坐标系中的位置和线速度；表示四旋翼在本体坐标系中的角速度；和分别表示四旋翼在惯性坐标系中的位置和线速度的导数，是向量Ω_i的斜对称矩阵，操作符(·)^∧是被定义为(x)^∧y＝x×y，对于所有的x,其中×表示叉乘，(·)^∧的逆运算是表示为(·)^∨，然后得到((x)^∧)^∨＝x；表示从四旋翼本体坐标系到惯性坐标系的旋转变换矩阵；f_i和分别表示在四旋翼本体坐标系中的推力和力矩。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S200包括：

步骤S210：让G＝(v,ε)表示与一组n架跟随者无人机相关联的有向图，其中v＝{v₁,ν₂,...ν_n}为有限非空节点集，为边缘集，(ν_i,v_j)表示无人机j可以通过感知或通信从无人机i获取信息，所述无人机j为子节点，所述无人机i为父节点，但所述无人机i不为子节点，从UAVi到UAVj的有向路径是一个边序列；

步骤S220：定义与有向图G＝(v,ε)相关联的邻接矩阵当(ν_i,v_j)∈ε时，有a_ij＞0，否则a_ij＝0，将拉普拉斯矩阵定义为并且l_ij＝-a_ij,i≠j.；

步骤S230：使用有向图来描述虚拟领航者和跟随者之间的交互拓扑，定义节点集为以及边缘集为若虚拟领航者是第i个跟随者的邻居，则a_i0＞0，否则a_i0＝0；

步骤S230：定义与领航者的交互矩阵为D＝diag(a₁₀,a₂₀,...,a_n0)，则有向图下领航者-跟随者编队的网络拓扑为交互矩阵H＝L+D。