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申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明属于多无人机集群轨迹跟踪控制领域，为旨在针对多无人机集群轨迹跟踪的抗扰需求，提出一种新的多无人机集群轨迹跟踪抗扰控制方法。本发明，基于误差函数积分的多无人机集群轨迹跟踪方法，步骤如下：步骤1确定单个四旋翼无人机动力学模型；步骤2确定多无人机协同控制模型；步骤3设计无人机集群协同控制器；步骤4设计无人机轨迹跟踪控制器。本发明主要应用于多无人机集群轨迹跟踪控制场合。

主权项：1.一种基于误差函数积分的多无人机集群轨迹跟踪方法，其特征是，步骤如下：步骤1确定单个四旋翼无人机动力学模型；多无人集群系统中，第i架无人机的动力学表达式如下： 其中，定义{I}＝{xI,yI,zI}表示固定在大地的惯性坐标系，{B}＝{xB,yB,zB}表示无人机的机体坐标系，xi、yi、zi，i＝I，B分别对应坐标系三个主轴方向的单位矢量，表示第i架无人机在惯性坐标系{I}下的位置向量，表示第i架无人机在惯性坐标系{I}下的速度向量，表示第i架无人机从机体坐标系{B}到惯性坐标系{I}的旋转矩阵，e3＝[0,0,1]T为单位向量，g为重力加速度，表示第i架无人机在机体坐标系{B}下四个电机产生的总升力，表示在惯性坐标系{I}下的外界扰动值，m为第i架无人机的质量，表示实数域，表示正实数域，表示各元素都属于实数域的三维向量，表示各元素都属于实数域的矩阵，且行数和列数都为3；定义辅助控制信号其中uixt、uiyt、uizt分别表示辅助控制信号在惯性坐标系{I}中x、y、z轴方向上的分量，上述uit表达式为 根据式2将式1改写成如下形式 步骤2确定多无人机协同控制模型；定义切向坐标系{T}＝{xT,yT,zT}，其中xT，yT，zT分别对应该坐标系三个主轴方向的单位矢量，定义为从切向坐标系{T}到惯性坐标系{I}的旋转矩阵，定义该系统虚拟中心期望轨迹为这里xLγi，yLγi，zLγi，分别为该期望轨迹在惯性坐标系{I}中x、y、z轴方向上的分量，为第i架无人机的协同参变量，选取虚拟中心轨迹的切向量r1γi作为切向坐标系的x轴，则的第一列表示为： 其中P′L计算式如下 则可写作 其中rd为不平行于r1γi的单位向量，取 第i架无人机的期望轨迹pFi设计为 其中，为第i架无人机与虚拟中心的期望相对位置向量；步骤3设计无人机集群协同控制器；多无人机协同控制系统的通信拓扑结构采用无权有向图G＝{Q,E,B}来表示，其中结点集Q＝{q1,q2,…,qn}表示无人机各个机体的集合，边界集表示各无人机之间的通信关系，关联矩阵定义如下：当边ei与点qj关联时，若ei是qj的出边，则Bei,qj＝1；若ei是qj的入边,则Bei,qj＝-1；否则，Bei,qj＝0，表示各元素都属于实数域的矩阵，且行数和列数都为n；定义编队协同误差向量Θt为Θ＝BTγ9其中，B为本发明中无人机通讯拓扑结构图的拉普拉斯矩阵，定义速度跟踪误差向量zvt为：zv＝[zv1,...,zvn]T10其中 其中为协同参变量的期望值，令结合式11写作： 其中1n×1表示元素全为1的n维列向量；设计协同控制器uct为如下形式：uc＝-ΛBΘ+Dvzv13其中，Dv＝diagdv1,...,dvn为正定对角增益矩阵,λ1,...,λn，dv1,...,dvn都为正常数，将式13代入式12，得到γt的闭环表达式为： 其中，L为图的拉普拉斯矩阵Laplacianmatrix记为L＝BBT；步骤4设计无人机轨迹跟踪控制器；对于第i架无人机对目标轨迹的跟踪控制，定义位置跟踪误差及速度跟踪误差如下： 设计式3中第i架无人机的辅助控制输出量uit为： 上式中其中ksi、ksiy、ksiz都为正常数；为单位矩阵；其中λix、λiy、λiz都为正常数；epi0，分别为第i架无人机在t＝0时刻的位置、速度向量；αix、αiy、αiz都为正常数；βix、βiy、βiz都为正常数；sgn·为标准符号函数，Sgn·为向量中各元素的符号函数返回值组成的列向量，即Sgna＝[sgna1,...,sgnan]T，表示各元素都属于正实数域的矩阵，且行数和列数都为3。

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百度查询： 天津大学 基于误差函数积分的多无人机集群轨迹跟踪方法