1.一种考虑输入受限和速度受限的无人机弹性编队控制方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1,在双质量弹簧系统的基础上,考虑无人机编队之间的弹性约束关系,建立无人机弹性编队的动力学模型;
步骤2,将步骤1建立的无人机弹性编队的动力学模型简化成二阶系统方程;
步骤3,对于无人机编队的二阶系统方程,设计使用局部速度信息和相对速度信息的分布式一致性控制器,实现速度和输入约束的一致性;
所述步骤3中,使用局部速度信息和相对速度信息的分布式一致性控制器公式如下:其中, Kfi=KB,
K=diag{k1,k2,k3}, vmin、vmax分别为无人机的速度最小值和速度最大值,k1,k2,k3均为大于0的常数,b1,b2,b3均为大于0的常数,vi、vj分别表示第i、j架无人机的速度信息,mi表示第i架无人机的质量, 表示第i架无人机相对第j架无人机的编队位置误差,aij表示无人机编队通信网络有向图G的邻接矩阵A中的元素,ui′表示第i架无人机的分布式一致性控制器;
步骤4,引入虚拟领导者无人机,将无人机编队中的所有无人机作为跟随者无人机,设计输入和速度受限情况下的领导‑跟随控制器,使跟随者无人机在输入和速度受限情况下能够跟随给定的虚拟领导者无人机的飞行路径。
2.根据权利要求1所述的考虑输入受限和速度受限的无人机弹性编队控制方法,其特征在于,所述步骤1的具体过程如下:设定无人机编队包括n架无人机,用有向图G={V,E}表示无人机编队的通信网络,其中V={ri,i=1,2,…,n}表示n个节点的集合, 表示节点ri和节点rj之间相连接的边的集合;图G的邻接矩阵为A=[aij],aii=0,且当i≠j时,若(rj,ri)∈E,则aij>0,边(rj,ri)表示从节点rj到节点ri的信息流;图G的度矩阵为D=diag{deg(r1),deg(r2),…,deg(rn)},deg(ri)表示节点ri的度;
考虑无人机编队之间的弹性约束关系,编队弹性约束力与两架无人机之间的相对距离有关,超出编队距离时,弹性约束表现为引力,小于编队距离时,弹性约束表现为斥力,建立无人机弹性编队的动力学模型如下:T
其中,mi表示第i架无人机的质量,I为单位矩阵,pi=[xi,yi,zi]表示第i架无人机的位置信息,Kf=diag{Kf1,Kf2,...,Kfn},Kfi表示第i架无人机弹性约束的刚度矩阵,A和D分别表示无人机编队通信网络的邻接矩阵和度矩阵, 为无人机之间的期望编队距离, 分别为第i
架和第j架无人机的期望位置信息,Fci为控制输入,i=1,...,n。
3.根据权利要求2所述的考虑输入受限和速度受限的无人机弹性编队控制方法,其特征在于,所述步骤2的具体过程如下:将无人机弹性编队的动力学模型中的pi和 项进行合并得到:其中, pj表示第j架无人机的位置信
息;
对合并得到的模型进行简化得到无人机弹性编队中每架无人机的动力学模型:将无人机弹性编队中每架无人机的动力学模型分解为二阶系统方程:T
其中,vi=[vxi,vyi,vyi]。
4.根据权利要求3所述的考虑输入受限和速度受限的无人机弹性编队控制方法,其特征在于,所述步骤4中,输入和速度受限情况下的领导‑跟随控制器公式如下:其中,ui表示第i架无人机的领导‑跟随控制器,下标0代表虚拟领导无人机;
令 有 其中,satε(ω)为饱和函
数,0<ε<1,sgn为符号函数。
5.一种计算机设备,包括存储器、处理器,以及存储在所述存储器中并能够在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的考虑输入受限和速度受限的无人机弹性编队控制方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的考虑输入受限和速度受限的无人机弹性编队控制方法的步骤。