具有通信時滯的多無人飛行器系統編隊控制研究①

張 瀟 姜玉蓮

(長春工業大學電氣與電子工程學院 長春 130012)

0 引 言

近年來，由于多智能體系統在各領域的廣泛應用，使得人們對多智能體系統協調控制的研究興趣不斷增加[1-4]。其中，編隊控制作為該領域的重點研究方向之一，在飛行器、車輛、機器人等領域[5-7]得到了普遍的應用。無人飛行器主要分為無人機和衛星兩類，其中衛星集群主要有成本低、測量精度高、容錯率低等優點[8]。

一般來說，編隊控制的主要問題是設計合適的控制協議，達成編隊目標使各個智能體之間能夠實現和保持預定的幾何形狀，完成相應的合作任務，如監視、勘探、搜索和救援、運送大型物體和控制衛星陣列等。編隊控制主要有基于行為(behavior-based)法[7]、虛擬結構(virtual structure)法[9]和領導跟隨(leader-following)法[10]。基于行為法定義了無人飛行器運動的一系列基本行為，通過綜合行為實現運動控制。該方法有明確的隊形反饋，但是對群體的行為沒有明確意義，無法保證系統穩定性。虛擬結構法將整個編隊隊形看作剛體，每個無人飛行器與剛體上的點進行對應。該方法無法根據環境的變化改變隊形，系統靈活性不足。領導跟隨法通過引入“領導者”，從而讓無人飛行器系統收斂到一個特定的軌跡[11]。該方法數學分析簡單，隊形易保持，系統的穩定性有保證，因此被廣泛應用。文獻[12]基于一致性算法實現了多航天器系統的編隊飛行。文獻[13]針對多無人飛行器系統，提出了一致性理論和分散式模型預測控制。文獻[14]通過領導跟隨法和人工勢場法，解決了多自治水下機器人(autonomous underwater vehicle, AUV)編隊的避障問題。……