【硬核书】多无人机鲁棒编队控制，145页pdf

2022 年 10 月 14 日 专知

本书是基于作者最近在编队控制问题上的研究成果，包括时变编队、通信延迟和容错编队，针对多个具有高非线性关系、参数不确定性和外部干扰的无人机系统。

与已有的研究成果不同，本书提出了一种基于线性二次型调节器控制方法和鲁棒补偿理论的无人机群分布式协同控制律的鲁棒最优编队设计方法。所提出的控制方法由两部分组成:标称部分以实现期望的跟踪性能，鲁棒补偿部分以抑制高非线性、参数不确定性和外部扰动对全局闭环控制系统的影响。此外，本书还证明了它们的鲁棒性。该鲁棒编队控制协议可以抑制通信时延和执行器容错的影响，使编队跟踪误差在有限时间内收敛到以给定常数为界的原点邻域内。此外，这本书提供了关于所提出的方法的实际应用的细节，以设计多四旋翼和尾翼的编队控制系统。此外，还提出了一种解决无人机编队控制问题的鲁棒控制方法，并对四旋翼无人机群和尾翼无人机群的协同飞行进行了理论和实验研究。

多无人机鲁棒编队控制适合系统和控制领域的研究生、研究人员和工程师，特别是从事鲁棒控制、无人机群控和多智能体系统领域的人员。

无人机(UAV)有各种各样的应用，如监视、边境巡逻、建筑勘探、测绘和检查，这些操作环境可能是危险的和难以进入的 。在实际应用中，由于续航能力、载荷能力和覆盖半径的限制，单架无人机难以执行复杂任务。与单一无人机相比，多架无人机能够同时执行复杂任务，这可以提高效率，并在单个故障时提供冗余。因此，近二十年来，无人机编队飞行在军事和民用领域都受到了广泛关注。设计鲁棒编队控制器对于实现理想的编队飞行具有重要意义。

无人机群的鲁棒编队控制器设计面临诸多挑战 。无人机的动力学是高度非线性和耦合的。多种不确定性因素如未建模不确定性、参数摄动和外部干扰都会影响飞行控制系统的跟踪性能。此外，在溯源、包围目标等实际应用中，无人机编队需要在保持时变编队不变的前提下跟踪期望航迹以完成任务。此外，单个无人机通过通信与其他无人机进行合作，实现信息共享。在信息交换过程中，不可避免地存在时滞，这可能会降低地层的控制性能，甚至使整个系统失稳。此外，每架无人机可能会受到某些执行机构故障的影响。在编队控制框架下，单个无人机的执行器故障会通过交互拓扑扩散到相邻无人机，影响整个系统的性能。上述所有问题都使无人机群难以实现理想的编队控制性能。

本书是基于作者最近在编队控制问题上的研究成果，包括时变编队、通信延迟和容错编队，针对多个具有高非线性、参数不确定性和外部干扰的无人机系统。与已有研究不同的是，本文基于线性二次型调节器(LQR)控制方法和鲁棒补偿理论，提出了一种鲁棒最优编队设计无人机群分布式协同控制律的方法。该控制方法由两部分组成:实现目标跟踪性能的标称部分和抑制高非线性、参数不确定性和外部干扰对全局闭环控制系统影响的鲁棒补偿部分。此外，本书给出了鲁棒性的证明。该鲁棒编队控制协议可以抑制通信时延和执行器容错的影响，使编队跟踪误差在有限时间内收敛到以给定常数为界的原点邻域内。此外，这本书提供了关于所提出的方法的实际应用的细节，以设计多四旋翼和尾翼的编队控制系统。

本书的主要特点是提出了一种解决无人机编队控制问题的鲁棒控制方法，并对四旋翼无人机群和尾翼无人机群的协同飞行进行了理论和实验研究。本书适合在系统和控制社区的研究生、研究人员和工程师，特别是那些从事鲁棒控制、无人机群和多智能体系统领域的人。