【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)適用于無人機，尤其涉及一種突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法。
技術(shù)介紹
1、近年來，無人機載在物運輸領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，尤其是四旋翼吊掛系統(tǒng)已經(jīng)被證明能夠完成物流運輸?shù)娜蝿?wù)，包括垂直起降、懸停等基本任務(wù)，具有一定的機動性和安全性。但是由于單架四旋翼的額定載荷能力較低，其作業(yè)能力受制于單架有限的載荷能力，多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)能夠很好地解決載荷能力的限制。
2、多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)的隊形控制穩(wěn)定性對于負(fù)載的擺動具有重大影響，單架無人機的不穩(wěn)定因素極易導(dǎo)致整個吊掛系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰狀態(tài)。目前多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)的隊形控制算法有領(lǐng)航跟隨法、基于行為法、虛擬結(jié)構(gòu)法、圖論法和基于一致性方法等，其中領(lǐng)航跟隨法的應(yīng)用較為廣泛。領(lǐng)航跟隨法中的領(lǐng)航者通常由人或計算機直接控制，負(fù)責(zé)決定整個編隊的方向和速度，而跟隨者則根據(jù)與領(lǐng)航者的相對位置和方向信息自主調(diào)整自己的位置，以維持編隊的隊形。但是該方法依賴于一個或幾個領(lǐng)航者來引導(dǎo)整個編隊，如果領(lǐng)航者出現(xiàn)故障或受到干擾，整個編隊可能會失去方向，導(dǎo)致編隊結(jié)構(gòu)的崩潰導(dǎo)致載物墜毀；基于行為法能夠提供分布式控制和較好的適應(yīng)性，但行為融合的復(fù)雜性可能導(dǎo)致控制指令的沖突，使得編隊難以維持一致性，在面對動態(tài)變化的環(huán)境或任務(wù)需求時，行為沖突可能導(dǎo)致編隊成員之間的協(xié)調(diào)性降低，增加碰撞風(fēng)險；虛擬結(jié)構(gòu)法要求無人機之間保持固定的相對位置，這在需要通過狹窄空間或進(jìn)行復(fù)雜機動時可能不實用，在避障時缺乏靈活性和適應(yīng)性，嚴(yán)格的隊形約束在遇到障礙物或其他無人機時會導(dǎo)致頻繁的位置調(diào)整，增加能耗并可能引起執(zhí)行器飽和，
3、無人機編隊容錯控制方法是指在無人機編隊飛行過程中，面對可能出現(xiàn)的個別無人機故障，采取相應(yīng)的控制策略以保持編隊穩(wěn)定飛行的技術(shù)和方法。現(xiàn)有的無人機編隊容錯控制方法主要有基于分布式控制、基于滑模控制、基于模型預(yù)測控制的容錯算法。基于分布式控制的容錯算法，每個無人機只需要與相鄰的無人機進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)，而無需全局控制中心的參與。當(dāng)某個無人機故障時，其他無人機可以通過局部信息調(diào)整編隊，繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。但是該方法應(yīng)用于吊掛系統(tǒng)時，如果某些無人機發(fā)生故障，負(fù)載擺動可能會增加，導(dǎo)致控制的復(fù)雜性提升；使用滑模控制算法，在無人機失效時快速切換控制策略，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過在線估計無人機故障并及時調(diào)整控制輸入來容錯。但是該方法在實現(xiàn)時容易產(chǎn)生抖動，影響控制精度，同時對吊掛系統(tǒng)的負(fù)載控制較弱，難以應(yīng)對復(fù)雜的負(fù)載動態(tài)和多無人機的協(xié)調(diào)；基于模型預(yù)測控制的容錯算法，利用系統(tǒng)的動態(tài)模型進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)和未來的輸出軌跡做出最優(yōu)控制決策。當(dāng)無人機發(fā)生故障時，通過調(diào)整模型預(yù)測來重新分配任務(wù)。該方法對系統(tǒng)模型的依賴性強，當(dāng)系統(tǒng)模型誤差較大時，控制效果會大幅下降。特別是在吊掛負(fù)載動態(tài)劇烈變化的情況下，該方法計算量大，實時性較差，容易產(chǎn)生較大的延遲，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。
4、多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)的主要問題在于負(fù)載的擺動和擺角的控制。一旦某些無人機失效，吊掛系統(tǒng)的負(fù)載擺動可能變得難以控制，導(dǎo)致整體系統(tǒng)失穩(wěn)。同時，多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制難度增大，單個無人機的故障會打破原有的編隊平衡，需要其他無人機迅速重新分配任務(wù)。但是在吊掛系統(tǒng)中，負(fù)載的動態(tài)響應(yīng)更加復(fù)雜，增加了任務(wù)重新分配的難度。另外，吊掛系統(tǒng)對控制的實時性要求較高，任何滯后或失誤都可能導(dǎo)致負(fù)載的不穩(wěn)定，許多容錯算法在無人機失效后的響應(yīng)速度可能不足以應(yīng)對吊掛系統(tǒng)中的動態(tài)變化。可以看出，雖然多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)能夠提高載物重量上限，但其安全性也帶來更大的挑戰(zhàn)，單架無人機故障容易導(dǎo)致整個吊掛系統(tǒng)的崩潰。
5、因此，亟需一種新的突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，解決上述技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供一種突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，旨在多無人機協(xié)同載物的魯棒性、穩(wěn)定性以及控制精度。
2、本專利技術(shù)提供一種突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，包括以下步驟：
3、s1、獲取多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)的無人機信息和負(fù)載信息，根據(jù)所述無人機信息和負(fù)載信息建立無人機與負(fù)載物理模型；
4、s2、根據(jù)所述無人機與負(fù)載物理模型建立多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)虛擬模型；
5、s3、建立深度確定性策略梯度網(wǎng)絡(luò)，通過所述深度確定性策略梯度網(wǎng)絡(luò)對所述多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)虛擬模型進(jìn)行迭代優(yōu)化，得到優(yōu)化多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)虛擬模型；
6、s4、派遣所述多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)，基于所述優(yōu)化多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)虛擬模型對多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)進(jìn)行控制；
7、s5、建立基于改進(jìn)廣義線性模型的故障檢測模型，并通過所述故障檢測模型對所述多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)進(jìn)行實時故障檢測，判斷所述多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)中的無人機是否存在故障，若是，則根據(jù)所述故障檢測結(jié)果對所述多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)中無人機的位置、負(fù)載分配以及飛行軌跡進(jìn)行調(diào)整。
8、優(yōu)選地，步驟s1中，所述無人機信息包括無人機位置姿態(tài)變化信息、無人機的電機的輸出推力和姿態(tài)調(diào)整力矩信息，所述負(fù)載信息包括負(fù)載的質(zhì)心運動信息、擺動角信息以及角速度信息。
9、優(yōu)選地，步驟s2包括以下子步驟：
10、s21、根據(jù)所述無人機與負(fù)載物理模型設(shè)置無人機的狀態(tài)空間；
11、s22、根據(jù)所述無人機與負(fù)載物理模型設(shè)置無人機的動作空間，得到所述多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)虛擬模型。
12、優(yōu)選地，步驟s21中，所述狀態(tài)空間包括無人機的位置信息、姿態(tài)信息、負(fù)載狀態(tài)、環(huán)境信息以及故障狀態(tài)信息。
13、優(yōu)選地，步驟s22中，所述動作空間包括無人機的推力向量調(diào)整信息、姿態(tài)調(diào)整信息以及速度調(diào)整信息，所述推力向量調(diào)整信息為調(diào)整推力改變無人機的位置和姿態(tài)，所述姿態(tài)調(diào)整信息為調(diào)整無人機的俯仰角、滾轉(zhuǎn)角以及偏航角，所述速度調(diào)整信息為調(diào)整無人機的速度。
14、優(yōu)選地，步驟s3中，包括以下子步驟：
15、s31、在所述深度確定性策略梯度網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置無人機的獎勵機制；
16、s32、通過所述深度確定性策略網(wǎng)絡(luò)為所述多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)虛擬模型中的每一無人機建立策略網(wǎng)絡(luò)和價值網(wǎng)絡(luò)，所述策略網(wǎng)絡(luò)用于預(yù)測最優(yōu)策略，所述價值網(wǎng)絡(luò)用于評估無人機的動作價值，初始化經(jīng)驗回放池；
17、s33、根據(jù)所述獎勵機制對所述多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)虛擬模型進(jìn)行訓(xùn)練迭代，并將訓(xùn)練迭代后所述多無人機協(xié)同吊掛系統(tǒng)虛擬模型中無人機的數(shù)據(jù)信息存放至所述經(jīng)驗回放池中；其中，所述數(shù)據(jù)信息包括無人機的當(dāng)前狀態(tài)、動作、獎勵以及下一狀態(tài)；
18、s34、從所述經(jīng)驗回放池中隨機選取所述數(shù)據(jù)信息，根據(jù)所述數(shù)據(jù)信息對所述策略網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和所述價值網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行更新；本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，其特征在于，步驟S1中，所述無人機信息包括無人機位置姿態(tài)變化信息、無人機的電機的輸出推力和姿態(tài)調(diào)整力矩信息，所述負(fù)載信息包括負(fù)載的質(zhì)心運動信息、擺動角信息以及角速度信息。
3.如權(quán)利要求1所述的突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，其特征在于，步驟S2包括以下子步驟：
4.如權(quán)利要求3所述的突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，其特征在于，步驟S21中，所述狀態(tài)空間包括無人機的位置信息、姿態(tài)信息、負(fù)載狀態(tài)、環(huán)境信息以及故障狀態(tài)信息。
5.如權(quán)利要求3所述的突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，其特征在于，步驟S22中，所述動作空間包括無人機的推力向量調(diào)整信息、姿態(tài)調(diào)整信息以及速度調(diào)整信息，所述推力向量調(diào)整信息為調(diào)整推力改變無人機的位置和姿態(tài)，所述姿態(tài)調(diào)整信息為調(diào)整無人機的俯仰角、滾轉(zhuǎn)角以及偏航角，所述速度調(diào)整信息為調(diào)整無人機的速度。
6.如權(quán)利要求1所述的突發(fā)故障下的多
7.如權(quán)利要求6所述的突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，其特征在于，所述獎勵機制根據(jù)無人機之間的相對距離、無人機的飛行軌跡、無人機的避障能力以及無人機搭載負(fù)載的擺動角度進(jìn)行設(shè)置。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，其特征在于，步驟s1中，所述無人機信息包括無人機位置姿態(tài)變化信息、無人機的電機的輸出推力和姿態(tài)調(diào)整力矩信息，所述負(fù)載信息包括負(fù)載的質(zhì)心運動信息、擺動角信息以及角速度信息。
3.如權(quán)利要求1所述的突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，其特征在于，步驟s2包括以下子步驟：
4.如權(quán)利要求3所述的突發(fā)故障下的多無人機協(xié)同載物自主調(diào)整方法，其特征在于，步驟s21中，所述狀態(tài)空間包括無人機的位置信息、姿態(tài)信息、負(fù)載狀態(tài)、環(huán)境信息以及故障狀態(tài)信息。
<...【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：藍(lán)雪婧，鄭立鋒，林嘉楠，李曉孟，鄒濤，
申請(專利權(quán))人：廣州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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