北京航空航天大学学报 ›› 2021, Vol. 47 ›› Issue (2): 271-280.doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0200

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无人集群系统时变编队H控制

康宇航1,2, 戴洪德2, 祁亚辉2, 张邦楚3, 刘玄冰2, 程俊1   

  1. 1. 中国科学院深圳先进技术研究院, 深圳 518055;
    2. 海军航空大学 航空基础学院, 烟台 264001;
    3. 中山大学 航空航天学院, 广州 510275
  • 收稿日期:2020-05-22 发布日期:2021-03-08
  • 通讯作者: 程俊 E-mail:jun.cheng@siat.ac.cn
  • 作者简介:康宇航,男,博士,助理研究员。主要研究方向:多智能体协同控制、强化学习;戴洪德,男,博士,副教授。主要研究方向:导航制导与控制、多无人机编队控制;祁亚辉,男,博士,讲师。主要研究方向:多无人机协同控制;张邦楚,男,博士,教授。主要研究方向:无人机系统;刘玄冰,男,硕士研究生。主要研究方向:多智能体协同控制;程俊,男,博士,研究员。主要研究方向:多智能体协同控制、深度学习、机器视觉。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(2018YFB1308000);国家自然科学基金(U1813205,U1913202,U1713213,61772508);国防预研基金(F062102009)

Time-varying formation H control for air unmanned swarm system

KANG Yuhang1,2, DAI Hongde2, QI Yahui2, ZHANG Bangchu3, LIU Xuanbing2, CHENG Jun1   

  1. 1. Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences, Shenzhen 518055, China;
    2. College of Aviation Foundation, Naval Aeronautical University, Yantai 264001, China;
    3. School of Aeronautics and Astronautics, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China
  • Received:2020-05-22 Published:2021-03-08

摘要: 针对有向通信拓扑网络下具有通信时滞与外部干扰的无人集群系统(AUSS)时变编队H控制问题进行了研究。首先,基于AUSS期望编队构型信息、无人机(UAV)实时状态信息以及通信UAV之间带通信时滞的状态误差信息提出了AUSS的编队控制方法,通过变量替换将AUSS的编队控制问题转换成低维闭环系统的渐近稳定问题,并以线性矩阵不等式(LMI)形式给出了系统稳定的充分条件与最大允许通信时滞的计算公式。其次,通过构造Lyapunov-Krasovskii (L-K)泛函,证明了存在通信时滞与外部干扰条件下AUSS能够实现时变编队。最后,通过数值仿真验证所设计方法的准确性与有效性。

关键词: 无人集群系统(AUSS), 时变编队, 通信时滞, 外部干扰, H控制

Abstract: This paper studies the time-varying formation H control problem for Air Unmanned Swarm System (AUSS) under directed communication topology, corrupted by communication delay and external disturbances. First, based on the expected formation configuration information of swarm system, the real-time state information of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) and the state error information with communication delay between UAVs which are able to communicate, the formation control approach of unmanned swarm system is proposed. Through variable substitution, the swarm system formation control problem is converted into the asymptotic stability problem of lower-dimensional closed-loop system, and the sufficient conditions for the stability of the system and the calculation formula of the maximum allowable communication delay are given in the form of Linear Matrix Inequalities (LMIs). Then, it is proved that the unmanned swarm system can accomplish time-varying formation by constructing Lyapunov-Krasovskii (L-K) functional. Finally, through numerical simulation, the accuracy and effectiveness of the proposed method are verified.

Key words: Air Unmanned Swarm System (AUSS), time-varying formation, communication delay, external disturbances, H control

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