一種無人機自主編隊評價指標與mpc編隊控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無人機自主編隊評價指標與模型預測控制(MPC)編隊控制方法，屬于飛行控制【技術領域】。本發(fā)明提供了關于無人機自主編隊的相關定義、無人機自主編隊避碰概率的計算方法和無人機自主編隊評價指標，提出了適用于無人機MPC編隊控制方法。本發(fā)明解決了在已知無人機自主編隊的規(guī)模為M，編隊中的無人機之間的平均期望間距為dr，要求整個編隊的碰撞概率小于Pc情況下，如何給出自主編隊飛行控制系統(tǒng)設計應遵循的避碰量化指標的問題。本發(fā)明方法為無人機自主編隊控制系統(tǒng)的工程設計提供了量化的指標依據(jù)，解決了無人機密集編隊的避碰問題。
【專利說明】一種無人機自主編隊評價指標與MPC編隊控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于飛行控制【技術領域】，涉及一種無人機自主編隊評價指標的建立和MPC(Model Predictive Control,模型預測控制)編隊控制器的設計方法。
【背景技術】
[0002]在多架無人機進行密集的自主編隊飛行的情況下，無人機與無人機之間的距離接近最小安全距離，并且對于編隊中的某一特定無人機而言，因為其周圍分布有其它無人機，缺乏自由運動空間，這使得該無人機的避碰機動(例如規(guī)避鄰近無人機由于各種隨機干擾或某些突發(fā)情況或故障產生的非期望運動)比疏松編隊情況下更加困難和復雜。如何判斷自主編隊的密集程度，以及如何設計和評價編隊控制器的性能是無人機自主編隊控制系統(tǒng)設計需要重點考慮的問題之一。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，提供了一種無人機自主編隊評價指標，并同時提供一種MPC編隊控制方法。
[0004]本發(fā)明提供了一種無人機自主編隊評價指標與MPC編隊控制方法，其中，提供的無人機自主編隊評價指標是:
[0005]
【權利要求】
1.一種無人機自主編隊評價指標與模型預測控制(MPC)編隊控制方法，其特征在于: 所述的無人機自主編隊評價指標如下:
2.根據(jù)權利要求1所述的無人機自主編隊評價指標與MPC編隊控制方法，其特征在于:所述的t時刻編隊的平均連接安全距離余量Adf(t)的獲取方法是:
3.根據(jù)權利要求1或2所述的無人機自主編隊評價指標與MPC編隊控制方法，其特征在于:所述的無人機自主編隊評價，通過下面式(6)-(11)作為評價公式，具體是: 設ta)表示無人機i和無人機j之間的距離，dsia)表示無人機i的安全距離，則無人機i和無人機j的安全距離余量AdijU) = dij (t) -dsi (t),下面將與時間t相關的變量中的時間t省去進行簡寫； 設無人機成員的安全距離余量Adij服從正態(tài)分布(Μ,y，σ0，為設定的安全距離余量，σ u2為方差；當Adij ( O時,無人機成員就需要或準備采取避碰機動措施,無人機i與無人機j之間需要或準備采取避碰機動的概率Pb(i，j)為:
4.根據(jù)權利要求1所述的無人機自主編隊評價指標與MPC編隊控制方法，其特征在于:所述的第二步中的預測模型，在存在網絡誘導時延情況下，具體獲取方法是:當網絡誘導時延不能忽略時，線性運動模型的離散化需要考慮時延的影響，考察線性時不變連續(xù)系統(tǒng)的一般形式為:
5.根據(jù)權利要求1或4所述的無人機自主編隊評價指標與MPC編隊控制方法，其特征在于:所述的預測時域P = 50 ;所述的控制時域N = 40 ;所述的輸出懲罰權重Oy =(200，250，200， 50)，所述的輸入變化率懲罰權重ω Διι = (5，0.1)。
【文檔編號】G05D1/10GK103995539SQ201410205709
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權日:2014年5月15日
【發(fā)明者】吳森堂, 吳鐘博, 賈翔, 杜陽 申請人:北京航空航天大學