[發明專利]一種仿鳥群行為和虛擬結構的無人機編隊控制方法有效
| 申請號: | 201610019774.8 | 申請日: | 2016-01-13 |
| 公開(公告)號: | CN105549617B | 公開(公告)日: | 2019-05-03 |
| 發明(設計)人: | 段海濱;羅琪楠 | 申請(專利權)人: | 北京航空航天大學 |
| 主分類號: | G05D1/10 | 分類號: | G05D1/10;G05B13/04 |
| 代理公司: | 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232 | 代理人: | 王順榮;唐愛華 |
| 地址: | 100191*** | 國省代碼: | 北京;11 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 一種 鳥群 行為 虛擬 結構 無人機 編隊 控制 方法 | ||
1.一種仿鳥群行為和虛擬結構的無人機編隊控制方法,其特征在于:具體步驟如下:
步驟一:建立無人機編隊數學模型
無人機模型如下式所示:
公式(1)中,表示第i架無人機在水平面x軸上的速度分量;vi表示第i架無人機的飛行速度大小;ψi表示第i架無人機的偏航角;表示第i架無人機在水平面y軸上的速度分量,表示第i架無人機的偏航角速度,wi表示第i架無人機的偏航角變化率,表示第i架無人機的最大轉彎角速度;
步驟二:通過鳥群行為確定編隊控制位置
設定最佳的橫側向間距即最優翼間距為R=b/2(πb/4-1),其中b為翼展,當以此間距編隊飛行時,獲得來自尾旋上洗氣流的最大升力;但同時需要時刻準確地保持上述最優翼間距飛行;
步驟三:建立無人機編隊虛擬結構
虛擬結構方法要求編隊控制方法是分散的,因此給每個無人機定義一個局部的編隊虛擬結構,稱為局部虛擬結構;編隊控制方法通過無人機間的通信協調,使所有的局部虛擬結構逐漸趨于一致;第i個無人機的局部虛擬結構的動力學模型定義如下:
其中,為隨時間的微分;
為虛擬結構的位置;
為虛擬結構的速度;
為虛擬結構的偏轉角度;
為虛擬結構的角速度;
mF,JF分別為虛擬結構的虛擬轉動質量和虛擬轉動慣量;
I2為無人機轉動慣量;
為施加在虛擬結構上的虛擬力;
為施加在虛擬結構上的虛擬力矩;
步驟四:通過鳥群行為和虛擬結構混合方法求取編隊控制輸入
將鳥群行為編隊中的最優翼間距編隊位置代入虛擬結構中無人機的編隊位置中,將參數mF,JF,I2,設定為固定的常數,根據公式(2)求取虛擬結構上的虛擬力和虛擬力矩
步驟五:利用鳥群行為和虛擬結構混合方法進行編隊控制
將無人機群體定義為一個虛擬結構;首先,利用初始化的無人機偏轉角度θ0,角速度w0和速度v0,確定參數然后,根據無人機物理參數確定mF,JF,I2;接著,根據公式(2)計算出無人機群體在飛行中受到的作用力和力矩反解出每個無人機所需的控制輸入量最后,將控制輸入量vi和wi作用在無人機模型上,根據公式(1)中的無人機模型計算無人機新的速度和偏航角,更新無人機當前的位置。
2.根據權利要求1所述的一種仿鳥群行為和虛擬結構的無人機編隊控制方法,其特征在于:設定為10°每秒。
3.根據權利要求1所述的一種仿鳥群行為和虛擬結構的無人機編隊控制方法,其特征在于:b為翼展,設定為5m。
4.根據權利要求1所述的一種仿鳥群行為和虛擬結構的無人機編隊控制方法,其特征在于:無人機模型計算最優距離為7.3m。
5.根據權利要求1所述的一種仿鳥群行為和虛擬結構的無人機編隊控制方法,其特征在于:參數分別設定為:100,0,0;mF,JF分別為該虛擬結構的虛擬轉動質量和虛擬轉動慣量,分別設定為1000kg和10000kg·m2;虛擬結構的速度范圍設定為100-200m/s,偏轉角度范圍為0°-180°。
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