1.一种无线速度测量的四旋翼飞行机器人机动编队控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
s1、针对可在三维空间机动的多四旋翼飞行机器人系统,利用牛顿-欧拉方程建立每个四旋翼飞行机器人的动力学模型;
s2、基于辅助滤波信号发生器,引入若干辅助变量的二阶信号以消除在多四旋翼飞行机器人编队控制中对线速度测量的需求;
s3、基于几何控制的方法,在欧氏群se(3)上设计包括内外环级联结构的非线性控制律,其中内环控制姿态动力学,外环协调每个四旋翼飞行机器人的平移动力学,以实现高机动编队控制目标。
2.根据权利要求1所述的无线速度测量的四旋翼飞行机器人机动编队控制方法,其特征在于,所述步骤s1中针对可在三维空间机动的多四旋翼飞行机器人系统,每个四旋翼飞行机器人的位姿定义在欧氏群se(3)空间,其中,在惯性坐标系下每个四旋翼飞行机器人位置
式中,i表示四旋翼飞行机器人的序号,
3.根据权利要求2所述的无线速度测量的四旋翼飞行机器人机动编队控制方法,其特征在于,所述无线速度测量的四旋翼飞行机器人机动编队控制方法基于动力学模型的控制目标是针对每个四旋翼飞行机器人设计净推力fi和体转矩τi,满足以下条件:
式中,j表示四旋翼飞行机器人的序号且i≠j,δij表示第i个和第j个四旋翼飞行机器人之间期望的相对位置,δij用于确定期望的编队,vd是编队队形的参考线速度。
4.根据权利要求3所述的无线速度测量的四旋翼飞行机器人机动编队控制方法,其特征在于,所述步骤s2中引入若干辅助变量的二阶信号以消除在多四旋翼飞行机器人编队控制中对线速度测量的需求,具体步骤如下:
s21、将以下辅助变量的二阶信号关联到每个四旋翼飞行机器人:
其中,kpi、kdi、lpi和ldi均是正增益,
s22、定义ξi如下:
ξi=pi-αi-βi(5)
s23、定义输入的
其中,ξij=ξi-ξj-δij,ξj=pj-αj-βj,aij表示第i个和第j个四旋翼飞行机器人之间通信网络的权值,aji表示第j个和第i个四旋翼飞行机器人之间通信网络的权值,aij=aji≥0,kψi,kvi为正增益,ψi表示由公式(8)产生的信号,
s24、使用辅助变量αi,定义:
式中,
5.根据权利要求4所述的无线速度测量的四旋翼飞行机器人机动编队控制方法,其特征在于,所述步骤s3中基于几何控制的方法,在欧氏群se(3)上设计包括内外环级联结构的非线性控制律,其中内环控制姿态动力学,外环协调每个飞行机器人的平移动力学,以实现高机动编队控制目标,具体步骤如下:
s31、设计中间控制信号fi,令每个四旋翼飞行机器人的净推力输入如下:
fi=-mifitrie3(11)
式中,t表示矩阵转置;
s32、定义期望姿态rid的第三个分量b3id的表达式如下:
其中,||fi||≠0;
s33、获得的期望姿态rid为:
rid=[b2id×b3id,b2id,b3id](13)
其中,b2id、b3id分别表示期望姿态rid的两个分量,且b2id表示为b2id=(b3id×b1id)/||b3id×b1id||,b1id表示为期望姿态rid的第一个分量,b1id不平行于b3id;
s34、在特殊正交组so(3)上定义结构误差函数为
其中,ωid是由
s35、设计每个四旋翼飞行机器人的体转矩τi为:
其中,