下三角型异构无人机群鲁棒协调控制

Cooperative control for multi-UAV systems has broad application prospects in both military and civilian fields. For the model of UAV systems is strict-feedback form, nonlinear, multi-variable, underactuated, strongly coupled and uncertain, formation flight in aggressive maneuvers is not completed at the moment, which limits its application. Based on the research of UAV flight control problems, robust cooperative control methods for strict-feedback form heterogenous multi-UAV systems will be proposed. The relationship between consensus, formation, containment and target capturing for strict-feedback form heterogenous multi-UAV systems and dynamic characteristics, communication topology, performance requirements will be investigated. Baesed on signal compensation method, robust control law, which can suppress the disturbance of wind, will be designed, so that cooperative control of strict-feedback form heterogeneous multi-UAV systems can be achieved. The results can be applied to close formation flight with aggressive maneuvers in strong wind situation, such as saturation attack on the target area, formation capturing of escaping target in aggressive maneuvers, and so on.

无人机群协调控制在军事和民用领域均具有广泛的应用前景。由于无人机具有下三角型、非线性、多变量、欠驱动、耦合、不确定性等特点，目前国内外仅完成了无人机群小机动编队飞行实验，限制了其应用范围。本项目拟在无人机自主飞行研究基础上，研究下三角型异构无人机群的鲁棒协调控制方法。探求下三角型异构无人机群可一致性条件、可编队条件、可围捕条件及可合围条件与个体动力学特性、网络拓扑结构、性能要求的内在联系，基于信号补偿方法设计能抑制扰动气流的鲁棒控制方法，实现下三角型异构无人机群鲁棒协调控制。相关成果可应用于强风扰动下的大机动紧密编队场合，如对目标区域的饱和式攻击、大机动逃逸目标的围捕等。

无人机群协调控制在军事和民用领域均具有广泛的应用前景。无人机具有下三角型、非线性、多变量、欠驱动、耦合、不确定性等特点，多无人机系统具有空间分布的特性，无人机个体通过通信或传感器网络相互获取相邻无人机的状态信息进行分布式计算和决策。为了提高多无人机协调作战的战斗力，研究异构无人机群鲁棒协调控制问题，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。本项目拟在无人机自主飞行研究基础上，研究下三角型异构无人机群的鲁棒协调控制方法。主要研究内容包括：探求下三角型异构无人机群可一致性条件、可编队条件、可围捕条件及可合围条件与个体动力学特性、网络拓扑结构、性能要求的内在联系，基于信号补偿方法设计能抑制扰动气流的鲁棒控制方法，实现下三角型异构无人机群鲁棒协调控制。重要结果：研究了无人机群在扰动气流的影响下的一致性问题、编队问题、围捕问题和合围问题，提出了无人机群协同控制的理论基础；搭建一套无人机群系统，为后续的应用研究提供了理论基础和实验平台。关键数据：首次完成了高阶非线性系统的合围问题研究。此前多是线性系统的合围问题研究，无人机是非线性系统，我们的研究成果能用于实际无人机群系统；首次完成了事件驱动非线性多智能体的固定时间一致性问题。事件驱动的方式可以节省能量消耗，而固定时间说明无人机有更好的协同性能。相关成果可应用于强风扰动下的大机动紧密编队场合，如对目标区域的饱和式攻击、大机动逃逸目标的围捕等。