【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無人車編隊控制，涉及具有誤差通信約束的無人車編隊基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法和系統。
技術介紹
1、針對無人車編隊的交會問題，已經有許多學者進行了大量研究，在文獻optimalrendezvous?trajectory?for?unmanned?aerial-ground?vehicles中，提出了一種控制公式，通過跟蹤最優軌跡來保證控制對象的交會。在文獻autonomous?trajectory?planningfor?rendezvous?and?proximity?operations?by?conic?optimization中，通過將交會控制問題轉化為一個寬松的公式，得到了交會控制的解。在文獻antenna?array?synthesiswith?clusters?of?unmanned?aerial?vehicles中，給出了一種求解具有運動約束的多ugv（unmanned?ground?vehicle，無人地面車輛）無碰撞軌跡及其交會編隊的有效方法。
2、此外，由于外部環境是不斷變化的，ugv集群將難以執行任務，為了部署?ugv?以形成理想的隊形，從而發揮更佳性能，學者們對一致性問題進行了廣泛的研究，yang?liu在文獻dynamic?output?feedback?control?for?consensus?of?multi-agent?systems:?an?h∞?approach中引入了一種利用共識控制的分布式動態輸出反饋協議。為了規避奇點問題，文獻singularity
3、為了解決攝像機感知目標輻射范圍有限的問題，研究人員采用基于fov約束的勢壘函數對滑模曲面進行優化。在文獻constrained?image-based?visual?servoing?usingbarrier?functions中，應用勢函數將特征動力學轉化為具有總狀態約束的等效動力學。在文獻integral?barrier?lyapunov?function-based?three-dimensional?low-orderintegrated?guidance?and?control?design?with?seeker's?field-of-view?constraint中，提出了一種基于fov約束的三維低階igc方案，解決了控制目標調整姿態時目標在fov外的問題。由于實際應用條件非常復雜，上述方法必須使用速度傳感器來估計無人車的控制值。無人潛航器系統對傳感器的故障以及姿態和速度傳感器十分敏感，因此需要額外的濾波器，可參考文獻consensus?of?euler-lagrange?systems?using?only?positionmeasurements。此外，超廣角相機的檢測和計算存在時變延遲，這些可能導致無人車錯過執行任務的最佳時機。但現有的方法不能傳遞它們的坐標以達到一致，而這對ugv集群在外部干擾下的穩定性至關重要。
4、總體來說，無人車編隊的超廣角攝像機位置計算中的時變延遲和感知目標輻射范圍有限問題，通過傳統方法難以有效解決，特別是當無人車的速度不可測時，這可能會導致編隊在外部干擾下的穩定性下降。因此研究一個以勢壘函數為基礎的時變延遲輸出反饋控制方案是必要的。
技術實現思路
1、為了克服上述現有技術的不足，本專利技術針對無人車編隊的交會控制問題，提出了一種基于通信約束的時變時延輸出反饋控制方法，以解決利用超廣角攝像機時面臨的通信時延和視場約束問題。首先，解決位置計算中的時變延遲問題；同時，設計輸出反饋控制器，通過交換控制器變量來反饋相鄰車輛的位置和方向。由于攝像機感知到的目標輻射范圍有限，采用fov約束勢壘函數對滑模面的設計進行優化，并采用李亞普諾夫方法對閉環控制系統進行了穩定性分析。
2、本專利技術所采用的技術方案是：基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，包括如下步驟：
3、步驟1，建立一組n輛無人車的動力學模型，用于描述無人車的運動狀態；
4、步驟2，通過共識控制描述動力學模型中的參數，定義無人車編隊的控制目標，并在控制目標下對無人車所受到的環境約束進行假設，其中環境約束包括視場約束和時間延遲約束；
5、步驟3，結合視場約束和時間延遲約束進行滑膜面的設計，便于在統一體系中進行控制器設計，包括以下子步驟；
6、步驟3.1，引入位置誤差和姿態誤差，為編隊中任意兩輛車相對角設定有效范圍，以確保無人車編隊能正常通信；
7、步驟3.2，利用通信約束函數，結合勢壘函數對角度誤差期望進行設計分析，使所有無人車的通信約束在統一的體系結構中處理；
8、步驟3.3，結合勢壘函數對位置誤差進行分析，根據線性運動動力學的確定性等效原理設計滑模面；
9、步驟4，設計基于二階振蕩器的輸出反饋控制器使得系統狀態快速達到預設的滑膜面上，并保持在這個滑膜面上穩定運行，達到控制目標。
10、進一步的，步驟1中建立的動力學模型表示如下：
11、(1)
12、(2)
13、其中(1)和(2)分別表示角運動和直線運動，表示第輛無人車的平動速度，表示第輛無人車的角速度，向量表示為：
14、(3)
15、其中，:=表示賦值；而表示第輛無人車的笛卡爾坐標，表示無人車的方向，分別表示對求一階導數，和為控制輸入，表示為：
16、(4)
17、式中，和是車輪的扭矩，分別表示車輛的慣性矩陣和機器的質量，為車輪的半徑，是車輪的軸長。
18、進一步的，步驟2中，假設在每輛無人車上安裝定位傳感器，以提供的可靠測量值，要求無人車在會合點處收斂形成編隊，并獲得一個公共方向，對于和相對于未知編隊中心的無人車向量，分別表示無人車最終本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，其特征在于：步驟1中建立的動力學模型表示如下：
3.如權利要求1所述的基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，其特征在于：步驟2中，假設在每輛無人車上安裝定位傳感器，以提供的可靠測量值，要求無人車在會合點處收斂形成編隊，并獲得一個公共方向，對于和相對于未知編隊中心的無人車向量，分別表示無人車最終位置距離編隊中心的期望橫坐標距離和期望縱坐標距離，最終使得笛卡爾位置收斂于；
4.如權利要求1所述的基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，其特征在于：步驟3.1的具體實現方式如下；
5.如權利要求4所述的基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，其特征在于：步驟3.2中定義通信約束如下：
6.如權利要求5所述的基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，其特征在于：步驟3.3中將滑膜面設計為：
7.如權利要求6所述的基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，其特征在于：步驟4的具體實現方式如下
8.如權利要求1所述的基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，其特征在于：還包括步驟5，對控制器的預期精度，利用李雅普諾夫函數進行有效證明。
9.基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制系統，其特征在于：包括處理器和存儲器，存儲器用于存儲程序指令，處理器用于調用存儲器中的存儲指令執行如權利要求1-8任一項權利要求所述的基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法。
...【技術特征摘要】
1.基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，其特征在于：步驟1中建立的動力學模型表示如下：
3.如權利要求1所述的基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，其特征在于：步驟2中，假設在每輛無人車上安裝定位傳感器，以提供的可靠測量值，要求無人車在會合點處收斂形成編隊，并獲得一個公共方向，對于和相對于未知編隊中心的無人車向量，分別表示無人車最終位置距離編隊中心的期望橫坐標距離和期望縱坐標距離，最終使得笛卡爾位置收斂于；
4.如權利要求1所述的基于勢壘函數的時變延遲輸出反饋控制方法，其特征在于：步驟3.1的具體實現方式如下；
5.如權利要求4所述的基于...
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