一种基于快速终端滑模的蜂群无人机容错协同控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115903908A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211607923.4(22)申请日2022.12.14(71)申请人南京航空航天大学地址214000江苏省无锡市梁溪区古华山路惠麓东苑8号815(72)发明人余自权杨钟煜姜斌程月华徐贵力(74)专利代理机构无锡华源专利商标事务所(普通合伙)32228专利代理师过顾佳(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)权利要求书6页说明书10页附图5页(54)发明名称一种基于快速终端滑模的蜂群无人机容错协同控制方法(57)摘要本申请公开了一种基于快速终端滑模的蜂群无人机容错协同控制方法，涉及无人机技术领域，该方法基于固定翼无人机的位置跟踪误差设计得到非奇异快速终端滑模面，再结合固定翼无人机的动力学模型引入包含故障相关项和外界扰动项的总未知项和命令控制输入信号，从而构建得到固定翼无人机的容错控制律，利用基于快速终端滑模设计得到的容错控制律对蜂群无人机进行容错协同控制，在无人机遭遇执行器故障或外界扰动时仍然可以保持蜂群无人机的稳定飞行，还使得各无人机可以对期望位置进行编队跟踪，在蜂群无人机的编队协同容错控制上具有很好的实际意义和应用前景。CN115903908ACN115903908A权利要求书1/6页1.一种基于快速终端滑模的蜂群无人机容错协同控制方法，其特征在于，蜂群无人机中包括一架领导者无人机以及N架跟随所述领导者无人机飞行的固定翼无人机，所述蜂群无人机包含的无人机之间建立有通信拓扑，所述方法包括对于蜂群无人机中的任意第i架固定翼无人机，i为参数且1≤i≤N：确定所述第i架固定翼无人机的位置跟踪误差的表达式为pi是所述第i架固定翼无人机的实际位置，pdi＝p0i+pri是所述第i架固定翼无人机的期望位置，p0i是所述第i架固定翼无人机利用分布式滑模观测器观测得到的所述领导者无人机的位置信息，pri是所述第i架固定翼无人机与领导者无人机之间的期望相对位置；基于所述第i架固定翼无人机的位置跟踪误差设计得到非奇异快速终端滑模面；基于所述第i架固定翼无人机的动力学模型确定所述第i架固定翼无人机的实际位置pi与命令控制输入信号u0i和总未知项ζi的关系，结合所述非奇异快速终端滑模面建立得到所述第i架固定翼无人机的容错控制律，所述容错控制律反映命令控制输入信号u0i与蜂群无人机的运动参数、所述第i架固定翼无人机观测得到的所述领导者无人机的位置信息p0i以及总未知项ζi的关系，总未知项ζi包含故障相关项和外界扰动项；利用所述容错控制律对所述第i架固定翼无人机进行容错协同控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第i架固定翼无人机的位置跟踪误差设计得到非奇异快速终端滑模面的方法包括：根据所述第i架固定翼无人机的位置跟踪误差结合其他固定翼无人机的位置跟踪误差，处理得到所述第i架固定翼无人机的同步跟踪误差ei；采用固定时间预设性能函数对所述第i架固定翼无人机的同步跟踪误差ei进行性能约束，处理得到所述第i架固定翼无人机的转换误差Ei；基于所述第i架固定翼无人机的转换误差Ei设计得到非奇异快速终端滑模面为其中，K1i＝diag{K1i(1),K1i(2),K1i(3)}，K2i＝diag{K2i(1),K2i(2),K2i(3)}，函数diag{}表示取g/hg/h对角矩阵；K1i(1)、K1i(2)、K1i(3)均大于0，K2i(1)、K2i(2)、K2i(3)均大于0，sig(Ei)＝|Ei|sign(Ei)，函数sign()是标准符号函数，是Ei的导数，p、q、g、h均为正奇数，3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述第i架固定翼无人机的同步跟踪误差ei为：T其中，ei＝[ei(1)，ei(2)，ei(3)]，当所述第i架固定翼无人机和第j架固定翼无人机建立通信连接时、aij＝1，当所述第i架固定翼无人机和第j架固定翼无人机未建立通信连接时、aij＝0；β1i、β2i均为正参数，是任意第j架固定翼无人机的位置跟踪误差，j2CN115903908A权利要求书2/6页为参数且1≤j≤N。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，处理得到所述第i架固定翼无人机的转换T误差Ei＝[Ei(1)，Ei(2)，Ei(3)]的方法包括：基于固定时间预设性能函数ξi(r)(t)确定所述第i架固定翼无人机的同步跟踪误差ei在各个时间t时都要满足的性能约束为‑δmξi(r)(t)<ei(r)(t)<δMξi(r)(t)，r为参数且r＝1、2、3，δm、δM均为正参数；固定时间预设性能函数为：其中，ξ∞(r)＝limt→∞ξ(r)(t)，ξ∞(r)>0，ξ0(r)>ξ∞(r)，ξ(r)(t)>ξ∞