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专利号: 2023100708071
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种DoS攻击下的多四旋翼无人机编队控制方法,其特征在于,所述方法包括:步骤

1,将四旋翼无人机的数学模型建模为奇异摄动系统的形式;第i个四旋翼无人机的数学模型为:ψi=qisinφisecθi+ricosφisecθiT T

其中pi=[xi yi zi]是第i个四旋翼无人机的位置,vi=[vi,x,vi,y,vi,z]是第i个四旋翼T无人机的速度,Θi=[φi θi ψi]分别是第i个四旋翼无人机的姿态角,所述姿态角包含滚T转角、俯仰角和偏航角,Ωi=[pi qi ri]是第i个四旋翼无人机的角速度,mi是第i个四旋翼无人机的质量,Ii,x,Ii,y,Ii,z是第i个四旋翼无人机转动惯量;

定义参数bi,1=1/mi,bi,2=1/Ii,x,bi,3=1/Ii,y,bi,4=1/Ii,z,ai,1=ε(Ii,y‑Ii,z)/Ii,x,ai,2=ε(Ii,z‑Ii,x)/Ii,y,a3=ε(Ii,x‑Ii,y)/Ii,z,则第i个四旋翼无人机的数学模型表示为奇异摄动系统形式:ψi=qisinφisecθi+ricosφisecθi其中ε表示四旋翼无人机的角速度动态与其他动态的分离程度;

步骤2,对四旋翼无人机的奇异摄动模型进行快‑慢分解,构建快子系统、位置慢子系统和姿态慢子系统;所述对四旋翼无人机的奇异摄动模型进行快‑慢分解,具体包括:(1)、定义第i个四旋翼无人机的慢动态和快动态分别为:T T

xi,1=[xi yi zi vi,x vi,y vi,z φi θi ψi]和xi,2=[pi qi ri];

令ε=0,得到如下静态解:

(2)、第i个四旋翼无人机的低阶慢子系统表示为:其中:

(3)、快动态和快控制输入为:

则第i个四旋翼无人机的快子系统表示为:T

其中Bi=[bi,2 bi,3 bi,4],定义 则快子系统在快时间尺度上表示为:步骤3,对独立发生在多四旋翼无人机之间通信信道上的DoS攻击建模;对DoS攻击有如下约束:|Ξ(i,j)(t1,t2)|≤κij+dij(t2‑t1);

其中Ξ(i,j)(t1,t2)表示在时间段[t1,t2)内,通信信道(i,j)∈ε遭到DoS攻击破坏的时间集合,ε表示多四旋翼无人机之间的通信信道集合,(i,j)表示四旋翼无人机j到四旋翼无人机i之间传递信息的通信信道,0<dij<1表示通道(i,j)遭受DoS攻击的强度;

定义t时刻的DoS攻击模式为Υ(t)={(i,j)∈ε|t∈Ξ(i,j)(0,∞)},在时间段[t1,t2)内对于攻击模式Υ(t), 表示发生攻击的通信信道的时间间隔和没有发生攻击的通信信道时间间隔的交集;

步骤4,针对位置慢子系统,配置分布式弹性位置子控制器;

步骤5,针对姿态慢子系统,配置姿态滑模控制器,对四旋翼无人机的实际姿态进行控制;

步骤6,针对快子系统,配置线性二次调节控制器,对四旋翼无人机的飞行性能和稳定性进行控制。

2.如权利要求1所述的一种DoS攻击下的多四旋翼无人机编队控制方法,其特征在于,T多四旋翼无人机编队控制的目标具体为:编队的参考轨迹为Pd=[xd yd zd] ,第i个四旋翼T无人机相对于参考轨迹的期望位置偏移量为Δi=[Δi,x,Δi,y,Δi,z] ,多四旋翼无人机编队控制目标表示为:

3.如权利要求2所述的一种DoS攻击下的多四旋翼无人机编队控制方法,其特征在于,在步骤4中,第i个四旋翼无人机位置慢子系统为:其中upi,x=b1(cosφisinθicosψi+sinφisinψi)ui,1,upi,y=b1(cosφisinθisinψi‑sinφicosψi)ui,1,upi,z=(b1cosφicosθi‑g)ui,1;

位置编队跟踪误差为 速度编队跟踪误差为 则第i个四旋翼无人机的编队误差动态为:

其中 第i个四旋翼无人机位置子系统的安全控制协议如下:

其中Kp是控制器增益, 表示四旋翼无人机i的所有邻居四旋翼无人机集合,aij表示四旋翼无人机i与四旋翼无人机j之间的通信权值,ci>0表示四旋翼无人机i能够获取参考轨迹的信息,否则ci=0。

4.如权利要求3所述的一种DoS攻击下的多四旋翼无人机编队控制方法,其特征在于,在步骤5中,第i个四旋翼无人机姿态慢子系统为:T

其中Θi=[φi θi ψi],

四旋翼无人机i的实际位置控制输入ui,1,期望的滚转角 和俯仰角 可以被计算为:期望姿态角 姿态跟踪误差为 根据

滑模控制方法,将第i个四旋翼无人机姿态角的滑模面表示为:其中μ=diag{μφ,μθ,μψ}是正定参数矩阵;

第i个四旋翼无人机的姿态控制器表示为:其中 和ηi是正定参数。

5.如权利要求4所述的一种DoS攻击下的多四旋翼无人机编队控制方法,其特征在于,在步骤6中,所述配置线性二次调节控制器,具体包括:定义第i个四旋翼无人机快子系统的虚拟控制输入为: 第i个四旋翼无人机的伪线性快子系统则表示为:其中Ai是给定的状态空间矩阵用来描述第i个四旋翼无人机快子系统的开环特性;

第i个四旋翼无人机的性能函数为:

其中 是预定的权重矩阵;

第i个四旋翼无人机的最优控制输入为:其中 Pi通过求解代数黎卡提方程得到:实际的第i个四旋翼无人机快子系统的控制输入为: