《具有抗毀性拓撲結構的無人機編隊對偶四元數控制方法》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由王祥科擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：具有抗毀性拓撲結構的無人機編隊對偶四元數控制方法
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王祥科
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
以空中加油、編隊突防和協同偵察等典型協同模式為背景，瞄準無人機編隊飛行相對多智慧型體協同的兩個挑戰：姿態和位置耦合的三維空間欠驅動非線性，和存在部分無人機損毀或局部通信鏈路失效的可能，藉助對偶四元數、圖論和非線性控制等工具探索無人機編隊飛行控制理論，解決三維空間中具有抗毀性拓撲結構的固定翼無人機的姿態和位置編隊控制問題。首先利用圖論設計編隊的抗毀性拓撲結構，使多無人機在保有儘可能少的有向通信鏈路的同時，對部分平台或者局部通信鏈路的損毀具有一定的容忍性；利用對偶四元數和非線性控制理論設計無人機姿態和位置對偶四元數對數控制律，為無人機等欠驅動非線性運動體提供新的三維空間姿態和位置非解耦控制律。在此基礎上，基於抗毀性拓撲結構探索無人機對偶四元數代數編隊控制方法，並構建高保真度的多機協同半實物仿真環境對拓撲結構和編隊控制律進行比較和驗證，為無人機編隊飛行套用提供相關理論和關鍵技術支持。
結題摘要
項目以空中加油、編隊突防和協同偵查為背景，藉助對偶四元數、圖論和非線性控制等工具解決三維空間中固定翼無人機協同編隊飛行的幾個關鍵問題。主要包括：（1）定義了無人機編隊抗毀性，分別針對無向圖和有向圖設計了邊/頂點抗毀性拓撲結構生成算法，可以使得多無人機系統在形成編隊的同時就具有一定的拓撲結構抗毀性。（2）針對單無人機系統，結合對偶四元數建立了固定翼無人機的對偶四元數模型表示，並設計了反饋線性化控制律，可有效解決無人機的位置和姿態同步控制問題。進一步，考慮固定翼無人機的欠驅動和受限特性，設計了系列無人機的曲線跟蹤控制律，主要包括ISS-VF曲線跟蹤律、VSC-VF曲線跟蹤律、CLF曲線跟蹤控制律和MFFAC自適應曲線跟蹤控制律。（3）構建了對偶四元數形式的多機朝向和位置的相對運動模型，設計了基於特定位姿關係的無人機朝向和位置編隊控制律。為解決任意拓撲的多無人機系統構型生成及重構控制問題，提出了一種基於擬態物理的多機編隊控制算法。進一步，針對固定翼無人機輸入的受限性，設計了混雜控制律驅動的協同跟蹤控制律。（4）基於X-Plane和無人機自駕儀，構建了高保真度的多機協同半實物仿真環境。項目設計的單機和多機協同控制律在半實物仿真環境中得到驗證，部分關鍵算法還進行了的飛行試驗驗證。項目取得的研究成果具有實際的套用意義和理論價值，為提升對抗環境下的固定翼無人機自主能力和集群協同能力提供了理論支撐。
