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专利号: 202111084958X
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于中值偏差的多无人机滑模编队控制方法,其特征在于包括:建立n架无人机集群的编队队形约束条件及带有不确定性的无人机模型,接着依据编队队形约束条件来定义无人机集群的位置跟踪误差ed,i(t)、同步误差ei,i+1(t)、中值偏差ei,m(t)及位置耦合误差Ei(t)并给出n架无人机集群的编队控制目标,然后结合位置耦合误差的滑模面建立n架无人机集群的位置耦合误差滑模控制器,从而获得各无人机上电机转速控制所需的PWM脉宽调制信号,然后发送给各无人机的电子调速器,进而驱动各无人机上的电机转动,实现n架无人机集群的编队控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于中值偏差的多无人机滑模编队控制方法,其特征在于:

所述建立n架无人机集群的编队队形约束条件及带有不确定性的无人机模型的具体过程包括:

1)n架无人机集群的编队队形约束的椭球面方程如下:其中,Qi代表无人机i的位置,i∈1,2,3,...,n;(x0,y0,z0)为椭球中心点;a,b,c(a>0,b>

0,c>0)按大小分别为椭球的长半轴、中半轴和短半轴;(xi,yi,zi)为无人机的真实位置坐标,Bi为编队矩阵,0≤θi≤π, θi和 为随时间变化的参数;

每架无人机的位置满足如下约束:令 有:h1(t)Q1=h2(t)Q2=…=hn(t)Qn (3)那么,对于期望位置 满足上述式(3):

2)针对第i架无人机,建立所述带有不确定性的无人机模型如下:其中,Qi(t),vi(t)和ui(t)分别代表无人机i的位置、速度及控制输入矢量;di为无人机i的不确定及扰动部分,对于t∈(0,∞),||di||<Δ,Δ为给定的正常数。

3.根据权利要求2所述的一种基于中值偏差的多无人机滑模编队控制方法,其特征在于:

所述n架无人机集群的编队控制目标的建立过程为:

1)、所述位置跟踪误差ed,i(t)为:其中, 为无人机i的期望位置;

2)、所述同步误差ei,i+1(t)为:ei,i+1(t)=hi(t)Qi(t)‑hi+1(t)Qi+1(t) (6)

3)、所述中值偏差ei,m(t)为:

4)、所述位置耦合误差Ei(t)为:Ei(t)=ed,i(t)+βiei,m(t) (8)其中,βi=diag{βix,βiy,βiz}且βij(j=x,y,z)为正常量;

将方程(5)和方程(7)代入(8)中,整理后得:由方程(9),若 则 因

那么ei,i+1(t)=hi(t)Qi(t)‑hi+1(t)Qi+1(t)=hi(t)ed,i(t)‑hi+1(t)ed,i+1(t),则有 于是得

5)、依据如上的描述,基于中值偏差的所述n架无人机集群的编队控制目标为:在系统中存在参数不确定及复杂扰动的情况下,保证位置耦合误差Ei(t)收敛到0,从而保证n架无人机的位置跟踪误差ed,i(t)、同步误差ei,i+1(t)、中值偏差ei,m(t)均收敛到0。

4.根据权利要求3所述的一种基于中值偏差的多无人机滑模编队控制方法,其特征在于:

所述位置耦合误差滑模控制器的建立过程包括:

1)、所述位置耦合误差的滑模面为:其中,ηi=diag{ηix,ηiy,ηiz}且ηij(j=x,y,z)为正常数;

位置耦合误差Ei(t)的一阶导数为:再次求导有:

其中,

对式(10)求导:

其中,I为单位矩阵;

2)、所述位置耦合误差滑模控制器为:ui,m(t)=ueqi,m(t)+uhiti,m(t) (14)其中,等效控制ueqi,m(t)为:可达控制uhiti,m(t)为:uhiti,m(t)=‑oisgn(δi(t))‑kiδi(t) (16)其中,oi=diag{oix,oiy,oiz}为开关增益,且oij(j=x,y,z)为正常数;ki=diag{kix,kiy,kiz}且kij(j=x,y,z)为正常量;采用饱和函数sat(·)代替符号函数sgn(·)。