[发明专利]一种网络拒止环境下多飞艇协同控制方法及其系统

说明书

本发明公开了一种网络拒止环境下多飞艇协同控制方法，步骤如下：建立多飞艇系统模型和通信拓扑模型；根据多飞艇系统模型建立分布式扩张状态观测器并用于获得每个飞艇内部状态及外部不确定性扰动的估计值；利用分布式扩张状态观测器构造多飞艇协同控制器；验证多飞艇系统协同控制的有效性。同时公开了基于上述方法的系统，采用上述一种网络拒止环境下多飞艇协同控制方法及其系统，根据分布式扩张状态观测器，每个飞艇获得系统内部状态及外部不确定性扰动的估计值，通过多飞艇协同控制器可对网络拒止环境下多飞艇系统进行协同控制，使在网络拒止环境下，且系统内部状态不可测和存在外部不确定性扰动的情况下，实现多飞艇系统的状态一致。

技术领域

本发明涉及协同飞行控制技术领域，尤其是涉及一种网络拒止环境下多飞艇协同控制方法及其系统。

背景技术

飞艇是一种轻于空气的航空器，主要依靠浮升气体提供静升力，通过推进系统和控制系统实现飞行操纵，能够工作在平均风速较小的平流层中，可以长期对地球表面进行军事或民用侦察和观测。

飞艇相比于常规航空器或航天器主要具有以下应用优势：

（1）飞艇主要依靠浮升气体提供静升力，具有能耗低、清洁环保等优点。

（2）飞艇的载荷量较大、覆盖范围比普通飞机更广、驻空时间更长等优点。

（3）飞艇可重复使用、可回收，能够对其部件进行定期的维修和更换，相比于卫星等航天器成本更低，更加经济。

（4）飞艇主要工作在临近空间，生存能力更强，且飞艇的艇囊多采用可探测性低的复合材料，具有较强的生存能力。

但对于大范围、全要素实时探测的需求，单个飞艇的载荷能力依然存在一定的限制，为此，需采用多飞艇的协同探测，形成大范围、全天候、全要素覆盖，使分散的飞艇探测力量有效结合，提升探测能力。

但多飞艇的协同技术面临很多问题。首先，对于飞艇本身而言，由于飞艇的总体布局和飞行特性显著不同于传统飞行器，外界环境会显著影响囊内气体的热力学状态，导致飞艇的姿态、航迹、浮力和压力之间存在复杂的动态耦合关系，进而使飞艇的动力学建模和自主控制面临较大的挑战；其次，对于多飞艇系统而言，由于系统内部的状态大部分不可测，同时系统也会存在各种外部的不确定性扰动，导致为使多飞艇系统的内部状态达成一致的协同控制技术存在一定的难点；再者，由于多飞艇的协同必然涉及到多飞艇间的通信，但在复杂的网络拒止环境下，多飞艇间存在信息传输带宽低、延迟高、数据信息异类异步、信息获取不准确等问题，其中最常见的就是在网络拒止环境下，因设备短暂失灵、电磁干扰等内部或外部原因导致的通信临时中断，进一步增加了多飞艇系统协同控制的难度。

针对在网络拒止环境下，存在通信临时中断导致有向通信拓扑切换的多飞艇协同系统，以及对于多飞艇协同系统内部状态不可测和存在外部不确定性干扰问题，目前并没有较为有效的解决方案，因此极大的限制了多飞艇系统的实际应用。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种网络拒止环境下多飞艇协同控制方法，具体步骤如下：

步骤S1：建立多飞艇系统模型和通信拓扑模型；

步骤S2：根据多飞艇系统模型，在多飞艇系统内部状态不可测和存在外部不确定性扰动的情况下，建立对多飞艇系统内部状态及外部不确定性扰动的分布式扩张状态观测器，所述分布式扩张状态观测器用于获得每个飞艇内部状态及外部不确定性扰动的估计值；

步骤S3：利用所述分布式扩张状态观测器构造在网络拒止环境下的多飞艇协同控制器；

步骤S4：验证在网络拒止环境下的多飞艇协同控制器对网络拒止环境下通信中断导致有向通信拓扑切换的多飞艇系统协同控制的有效性，使多飞艇系统状态保持一致。