多无人机编队航行方向集中优化控制研究

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1、第34卷第5期计算机仿真2017年5月文章编号：1006—9348(2017)05—0092—04多无人机编队航行方向集中优化控制研究周绍磊，祁亚辉，康宇航，闫实(海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001)摘要：对多无人机编队航行方向集中优化控制进行了研究，解决无人机间最少信息交互时的控制器设计问题。针对编队中存在无人机无法直接获取leader信息，只能依靠邻居无人机进行编队飞行的情况，设计了一致性的编队控制器，利用图论方法对通信拓扑进行建模，通过对图的Laplacian矩阵特定形式的分解和变量代换，将多无人机系统的编队问题转化成整体系统的稳定性

2、问题。得到了基于较低维度线性矩阵不等式条件的控制参数设计方法，对控制器进行了仿真验证，结果表明本文所提控制方法只需多无人机间通信拓扑包含一条有向生成树，就能够使多无人机系统的形成编队并且整体航向方向趋于一致。关键词：无人机；编队；一致性；有向图中图分类号：V271．4；TPl3文献标识码：BFormationControlofUnmannedAerialVehiclesinMovingDirectionZHOUShao-lei，QIYa-hui，KANGYu-hang，YANShi(DepartmentofControlEngineering，Naval

3、AeronauticalandAstronauticalUniversity，YantaiShandong264000，China)ABSTRACT：FormationcontrolforUnmannedAerialVehicle(UAV)systemsinmovingdirectionisinvestigated，withleastrelativeneighborUAVinformation．Aprotocolwasproposedusingconsensusmethod，inwhichthegraphtheoryisusedtomodelthecom

4、municationtopology．TheformationproblemwasfinallytransferredintoastablizationproblembasedondecompositionofLaplacianmatrixandvariabletransformation．Amethodofdesigningthecontrolgainmatrixwaspresentedbysovlingalinearmatrixinequality．Thetheoreticalresultsarevalidatedbynumericalsire—ul

5、ationsthattheUAVsunderdirectedcommunicationtopology,withatleastonedirectedspanningtreecanachieveformationinmovingdirection．KEYWORDS：UAV；Formation；Consensus；Directedtopologiesl引言近年来，多无人机系统的编队控制问题因其在军事和民用领域具有广泛的应用前景而吸引了大量学者进行研究．并取得了大量成果[1，“．但是大多数编队控制问题都是研究单机控制器设计或者编队转换策略制定．忽略了无人机间的

6、信息获取关系对编队的影响，文献[3，4]分别用PID、神经网络等方法设计编队控制器，实则是对长机状态的跟踪控制。当编队数量巨大。或者编队经常变换时。各无人机不一定能实时获取leader无人机位置，甚至存在没有具体leader无人机的编队飞行。这时就需要依靠无人机间建立的通信网络传递状态信息，由此达到编队飞行。这种情况下，无人机之间信息传递的通信网络也必然对编队控制产生影响。基于一致性的编队控制方法就是通过通信网络中邻居收稿日期：2016—06—16修回日期：2016—06—29—92一状态信息，使群体系统达到一致，现在也被广泛的应用在编队控制中。文献『5

7、]系统地介绍了一致性方法在二阶积分系统编队控制中的应用，并且表明基于行为的[6]、leader—folio—wer[71和基于虚拟结构[8]的编队控制方法都可以认为是基于一致性方法的特例。随后作者在文献f9]中将理论方法应用于多机器人系统。文献[10]给出了无向图下，二阶系统实现编队控制的充分条件。文献[11]解决了一类特殊的高阶线性系统的编队控制，实则是对二阶系统的结论的推广。文献[12，13]分别对二阶和高阶线性系统的时变编队控制进行研究，得出了编队实现的充分条件．并给出了相应的控制器设计方法。文献[9—12]从不同方面用一致性方法实现了多无人机或其

8、它多智能体的编队控制，但是大都限定系统间通信拓扑为无向图，就是说无人机间信息获取