基于预测控制方法的uav视觉编队飞行控制律设计

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1、万方数据／第20卷第1期电光与控制Vol·20No·12013年1月ElectronicsOptics&ControlJan．2013doi：10．3969／j．issn．1671—637X．2013．01．003基于预测控制方法的UAV视觉编队飞行控制律设计周绍磊，周超，陈洁(海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001)摘要：传统的无人飞行器(UAV)视觉编队控制律考虑约束的能力不足，制约了其工程实际应用。针对不足，基于预测控制方法设计了一种能够显式考虑约束的视觉编队控制律，该控制律通过滚动求解有限时域优化问题得到跟随飞行器(foUower)的控制输入。利用相对

2、距离变化率和视线方位角变化率预测值与实测值的偏差信息，提出了领航飞行器(1eader)加速度的在线估计算法。仿真结果表明，所设计的编队控制律能够控制fouower飞行器快速跟随leader飞行器形成期望的编队，所提出的leader飞行器加速度估计方法可行，具有较小的估计误差。关键词：无人机；视觉编队；飞行控制；预测控制；加速度估计中图分类号：V249．122+．9文献标志码：A文章编号：1671—637X(2013)01—0009—05Vision--BasedUAVFormationControlLawDesignBasedonModelPredictiveContr

3、olMethodZHOUShaolei，ZHOUChao,CHENJie(DepartmentofControlE．gineering,NavalAeronauticalEngineeringAcademy，Yantai264001，China)Abstract：Traditionalvision—basedUAVformationcontrollawhavelesscapabilityofconsideringconstraints．Anewformationcontrollaw，whichcanexplicitlyconsiderconstraintsonstate

4、sandcontrolinputs，wasdesignedforvision—basedformationflightbasedonModelPredictiveControl(MPC)．ControlinputsofthefollowerUAVateachsamplinginstantwereobtainedbysolingafinitehorizonoptimizationcontrolproblem．ToestimatetheaccelerationoftheleaderUAV，anestimationalgorithmWasproposedbasedonthed

5、ifferencebetweenpredictedstatesandmeasuredstatesintheframeworkofMPC．SimulationresultsshowthatthedesignedformationcontrollawCandriveUAVstoachievetheprescribedformationquicklyandmaintaintheconfigurationinthepresenceofleadermaneuvers．Theproposedaccelerationestimationalgorithmiseffectiveandh

6、aslowestimationelTor．Keywords：unmannedaerialvehicle；vision-basedformation；flightcontrol；modelpredictivecontrol；accelerationestimation0引言近年来，多UAV编队飞行问题得到了广泛研究，然而，大部分编队飞行控制律是在飞行器之间存在通信链接的前提下设计的，一旦出现通信故障甚至失效，编队飞行任务将无法完成。随着视觉传感器技术以及视频流处理软硬件的迅猛发展，基于视觉的飞行器编队飞行开始得到关注。由于不需要相互通信，仅依赖收稿日期：2011—12—0

7、3修回日期：2012—01—19基金项目：航空科学基金项目(20110184001)作者简介：周绍磊(1963一)，男，山东泰安人，博士，教授，研究方向为多飞行器协同控制、飞行器先进控制方法。被动测量信息形成控制律，从而具有较强的鲁棒性¨‘21。针对UAV视觉编队飞行问题，Sattigeri所在的研究小组开展了相关研究口。51，基于自适应输出反馈控制方法设计了多种编队控制律，产生速度和航向指令。文献[6]将视觉编队飞行分成两个阶段分别基于PD方法设计了控制律、生成速度和航向指令。文献[7]研究了UAV视觉编队飞行的关键技术和相关估计算法，