具有通信時(shí)延和拓?fù)鋾r(shí)變的多無人機(jī)姿態(tài)同步控制

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1、第３１卷第５期四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）Ｖｏｌ３１Ｎｏ５２０１８年１０月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｉｃｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｏｃｔ２０１８文章編號(hào)：１６７３１５４９（２０１８）０５００２９０７ＤＯＩ：１０．１１８６３／ｊ．ｓｕｓｅ．２０１８．０５．０５具有通信時(shí)延和拓?fù)鋾r(shí)變的多無人機(jī)姿態(tài)同步控制ａｂａａ余亮，林達(dá)，任斌，唐余（四川理工學(xué)院ａ．自動(dòng)化與信息工程學(xué)院；ｂ．物理與電子信息工程學(xué)院，四川自貢６４３０００）摘要：針對(duì)具有二階動(dòng)力學(xué)特性的多無人機(jī)系統(tǒng)模型，研究了多無人機(jī)（ｍ

2、ｕｌｔｉＵＡＶｓ）系統(tǒng)在通信時(shí)延和通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為無向時(shí)變情況下的姿態(tài)同步問題。通過對(duì)姿態(tài)同步的一致性條件分析，將一種針對(duì)多個(gè)一般非線性系統(tǒng)的基于輸出反饋的協(xié)同控制方法應(yīng)用在采用四元數(shù)法描述的空間多個(gè)剛體姿態(tài)的協(xié)同控制系統(tǒng)中去，并利用姿態(tài)動(dòng)力學(xué)及ＬｙａｐｕｎｏｖＫｒａｓｏｖｓｋｉｉ泛函對(duì)該控制方案進(jìn)行了理論證明。數(shù)值仿真結(jié)果表明，當(dāng)通信時(shí)延、通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等參數(shù)隨機(jī)切換時(shí)，該姿態(tài)同步控制算法能有效地保證每個(gè)飛行器在編隊(duì)中能夠與其他飛行器保持姿態(tài)同步的同時(shí)，還能夠在有限時(shí)間內(nèi)達(dá)到期望的時(shí)變姿態(tài)以及角速度。關(guān)鍵詞：多無人機(jī)；通信時(shí)延；拓?fù)鋾r(shí)變；姿態(tài)同步中圖分類號(hào)：ＴＰ１３文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

3、Ａ［２］同地完成共同的任務(wù)。針對(duì)一致性問題，有兩個(gè)問題引言是不可避免的：一是在多智能體系統(tǒng)中，任意兩個(gè)智能近年來，多智能體一致性理論成為控制理論界十分體之間存在通信時(shí)延是肯定存在的，文獻(xiàn)［３－５］中介紹活躍的一個(gè)研究方向，多智能體相比于單個(gè)智能體行動(dòng)了解決通信時(shí)延的一致性算法，并將其應(yīng)用于多無人機(jī)而言有著更好的靈活性、適應(yīng)性、執(zhí)行能力等優(yōu)點(diǎn)。同協(xié)同控制系統(tǒng)中，但在實(shí)際應(yīng)用中這些假定均不能得到時(shí)，對(duì)多智能體一致性協(xié)議與協(xié)同控制的研究也直接為有效的滿足，如通信的延時(shí)并不能被限定為連續(xù)的；另多飛行器群體、航空母艦編隊(duì)、衛(wèi)星協(xié)同控制等問題提一問題是在協(xié)同控制過程中通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變后［

4、１］供了指導(dǎo)思想。如何確保相互之間的信息能夠得到及時(shí)的交換而不受［６］同時(shí)，多智體系統(tǒng)一致性理論作為智能體之間協(xié)同影響。因此，研究在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變和存在通信時(shí)控制的基礎(chǔ)，得到了快速發(fā)展。所謂一致性是指多智能延的情況下處理好相互之間的信息交流就顯得很有現(xiàn)［７］體在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下通過感知測(cè)量周圍成員的信息并彼此實(shí)意義。交換，在各個(gè)智能體上分布式的產(chǎn)生某種算法或協(xié)議，無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)離不開相互間的信息溝通，而在編使得這些智能體在相互協(xié)同的問題上達(dá)成一致，從而協(xié)隊(duì)中的通信常會(huì)受到惡劣的天氣、電磁干擾、通信設(shè)備收稿日期：２０１８０６０５基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（６１６４０２２３）；中國科

5、學(xué)院自動(dòng)化研究所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（２０１６０１０６）；四川省自然科學(xué)基金（２０１６ＪＹ０１７９）；人工智能四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（２０１６ＲＺＪ０２）作者簡(jiǎn)介：余亮（１９９４），男，四川資陽人，碩士生，主要從事多無人機(jī)智能協(xié)同控制方面的研究，（Ｅｍａｉｌ）１４０３８４７＠ｑｑ．ｃｏｍ３０四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）２０１８年１０月［８］故障等因素的干擾而造成通信延時(shí)，甚至造成通信鏈角。路中斷。文獻(xiàn)［９］分析了通信距離限制、通信角度限制、定義兩個(gè)單位四元數(shù)Ｑ和Ｑ的乘積為ＱＱ＝１２１２通信時(shí)間延遲等對(duì)編隊(duì)的影響，利用狀態(tài)估計(jì)的無人機(jī)η１ｑ２＋η

6、２ｑ１＋Ｓ（ｑ１）ｑ２[]，且兩者的乘積仍為一個(gè)單位狀態(tài)信息補(bǔ)償方法來消除通信延時(shí)的影響。文獻(xiàn)［１０］ηη－ｑＴｑ１２１２針對(duì)固定通信拓?fù)湎戮哂袝r(shí)變時(shí)延的多無人機(jī)系統(tǒng)同Ｔ３四元數(shù)。其中Ｓ（ｘ）是與ｘ＝（ｘ１ｘ２ｘ３）∈Ｒ相關(guān)的斜步的問題，利用ＬｙａｐｕｎｏｖＫｒａｓｏｖｓｋｉｉ函數(shù)分析了時(shí)延多０－ｘｘ?３２?無人機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提出了一種基于一致性協(xié)議的分??對(duì)稱矩陣，表示為：Ｓ（ｘ）＝ｘ０－ｘ。?３１?布式編隊(duì)控制算法。文獻(xiàn)［１１］選取包含位置跟蹤誤差???－ｘｘ０?２１和速度跟蹤誤差的輔助變量，提出了一種適用于時(shí)變通圖１給出了四旋翼飛行器模型的架構(gòu)，其中θ、φ、ψ信延遲的魯

7、棒自適應(yīng)編隊(duì)控制策略。分別表示俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航角。這種常見的四旋翼無人在無人機(jī)編隊(duì)執(zhí)行任務(wù)的過程中，可能會(huì)因地理位機(jī)通過增加或降低四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度來實(shí)現(xiàn)沿ｚ軸置或敵人攻擊等因素而改變編隊(duì)形式。文獻(xiàn)［１２］針對(duì)的推力，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的爬升或降低。滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過增加具有切換互聯(lián)拓?fù)涞臒o人機(jī)群的時(shí)變編隊(duì)控制問題，提旋翼２的推力，減小旋翼４的推力來控制，以此來得到出了具有雙環(huán)結(jié)構(gòu)的控制方案，即內(nèi)環(huán)控制器控制姿一個(gè)向右的滾轉(zhuǎn)；俯仰運(yùn)動(dòng)則是通過旋翼１和旋翼３之態(tài)，外環(huán)控制器驅(qū)使無人機(jī)飛向期望的