有效
一种旋翼无人机组网的控制方法
张鹏程、苏涛、崔亮节、李振伟、朱敏、黄影、冯宝、方锐、李琨、蒯文科、王开创、黄国伟、卞宇翔、孙彩红、吕超、曹光耀
国网安徽省电力有限公司信息通信分公司
摘要
本发明公开了无人机通信技术领域的一种旋翼无人机组网的控制方法,旨在解决无人机组网的控制方法在通信链路受限时难以确保任务完成的技术问题。其包括:基于运动控制系统的状态数据,获取无人机两两之间的通信连接关系,进一步地构建数据补偿器,以得到用于抵消扰动作用的动态项;最终根据上述数据获得无人机的控制信号;有效克服传统控制方法的局限性,提高无人机组与空中基站在组网通信链路受限下对接受不完整数据的补偿,并提升运动控制性能,为无人机群的任务执行可靠性提供了有力的技术支持。
1.一种旋翼无人机组网的控制方法,其特征是,包括,获取运动控制系统的状态数据,所述运动控制系统包括无人机和空中基站;根据无人机两两之间的信道连接强度和信道连接匹配度,获取无人机两两之间的通信连接关系;根据所述运动控制系统的状态数据和数据损失特征,构建数据补偿器;根据所述数据补偿器输出的补偿值构建无人机组与空中基站之间的位置误差方程,根据所述位置误差方程以及用于无人机轨迹优化的位置误差预设性能函数,获取用于抵消扰动作用的动态项;根据所述位置误差方程、所述抵消扰动作用的动态项以及所述位置误差预设性能函数获得无人机的控制信号。
2.根据权利要求1所述旋翼无人机组网的控制方法,其特征是,所述根据无人机两两之间的信道连接强度和信道连接匹配度,获取无人机两两之间的通信连接关系,包括,所述通信连接关系通过下式获取: ,式中, 为第 架无人机和第 架无人机之间的通信连接关系, 和 分别为无人机的计数序号, 为第 架无人机和第 架无人机之间的最小信道效率, 为第 架无人机和第 架无人机之间的有效通信时间, 为第 架无人机和第 架无人机之间的信道连接强度;所述信道连接强度通过下式计算获取: ,式中, 和 分别为链路权值与和信道匹配度的自适应环境参数, 和 均为正常数, 为第 架无人机和第 架无人机之间传输的数据的数据结构复杂度, 为第 架无人机和第 架无人机之间的信道连接匹配度。
3.根据权利要求2所述旋翼无人机组网的控制方法,其特征是,所述信道连接匹配度通过下式获取: ,式中, 为弱信道连接匹配度值, 为表征第 架无人机和第 架无人机之间有效数据接收能力的参数;所述弱信道连接匹配度值通过下式获取; ,式中, 为偏导数符号, 为第 架无人机和第 架无人机之间的最短数据通信时间, 为第 架无人机和第 架无人机之间的最长数据通信时间。
4.根据权利要求2所述旋翼无人机组网的控制方法,其特征是,所述数据补偿器输出的补偿值通过下式获取: ,式中, 为第 架无人机的补偿值, 为第 架无人机的数据损失特征, 为运动控制系统状态数据中当前时刻第 架无人机所接收到的不完整数据, 为第 架无人机的不确定数据扰动向量;所述数据损失特征通过下式获取: ,式中, 为第 架无人机的预设系数, 为第 架无人机接收数据的相似性函数, 为第 架无人机接收数据产生损失的均方误差, 为第 架无人机的偏差特征损失函数值。
5.根据权利要求4所述旋翼无人机组网的控制方法,其特征是,所述相似性函数通过下式计算获取: ,式中, 表示第 架无人机的数据偏差控制参数, 为对运动控制系统中第 架无人机状态数据的估计值, 为范数计算;所述接收数据产生损失的均方误差通过下式获取: ,式中, 为无人机数量;所述偏差特征损失函数值通过下式计算获取: ,式中, 为调节损失敏感度的参数。
6.根据权利要求4所述旋翼无人机组网的控制方法,其特征是,所述根据所述数据补偿器输出的补偿值构建无人机组与空中基站之间的位置误差方程,根据所述位置误差方程以及用于无人机轨迹优化的位置误差预设性能函数,获取用于抵消扰动作用的动态项,包括,所述位置误差方程为: ,式中, 为第 架无人机与空中基站之间的位置误差, 为运动控制系统中第 架无人机的状态数据, 为第 架无人机与空中基站预设的保持距离, 为空中基站的位置;所述位置误差预设性能函数为: ,式中, 为第 架无人机在时刻 的位置误差预设性能值, 为自然常数, 为第 架无人机的位置误差预设性能收敛速率, , 和 分别为第 架无人机的位置误差预设性能函数的初始界和稳态界, ;所述动态项通过下式计算获取: ,式中, 为第 架无人机的动态项, 为所有无人机对应的动态项矩阵, 和 分别为的第1架无人机和第 架无人机的动态项转置矩阵, 为第 架无人机的第一计算中间量, 和 分别为位置误差预设性能值的上界和下界, 为位置误差预设性能值上界的更新率, 为位置误差预设性能值下界的更新率, 为位置误差预设性能值的更新率, 为第 架无人机的误差转换变量, 为所有无人机的误差转换变量矩阵, 为所有无人机的误差转换变量矩阵的更新率, 为所有无人机的位置误差方程的更新率, 表示矩阵的转置操作, 表示对角线变换矩阵操作, , 和 分别为第1架无人机的误差转换变量矩阵和位置误差, 和 分别为第 架无人机的误差转换变量矩阵和位置误差, 和 分别为第1架和第 架无人机的位置误差的矩阵转置, 为所有无人机的位置误差预设性能函数, 为正切函数。
7.根据权利要求6所述旋翼无人机组网的控制方法,其特征是,所述无人机的控制信号通过下式获取: ,式中, 为第 架无人机的控制信号, 与 均分别为已知的正常数, 、 与 均分别为已知控制参数, 为第 架无人机辅助滑模函数值, 与 均分别为第 架无人机控制信号中已知的正常数, 为自适应滑模控制参数, 为第 架无人机的第二计算中间量, 为第 架无人机与空中基站之间的位置误差, 为第 架无人机的位置误差预设性能函数, 为第 架的扰动作用上界, 表示第 架无人机与空中基站之间的已知连接权值, 为第 架无人机与空中基站之间的位置误差的变化率。
8.一种计算机设备,其特征在于,包括处理器以及与所述处理器连接的存储器,在所述存储器内存储有计算机程序,当所述计算机程序被所述处理器执行时,执行如权利要求1至7任一项所述旋翼无人机组网的控制方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述旋翼无人机组网的控制方法的步骤。
10.一种计算机程序产品,包括计算机程序/指令,其特征在于,该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述旋翼无人机组网的控制方法的步骤。



