基于群体熵度量的无人机集群目标合围控制

作     者：陈琳 郭炳晖 段海滨 吕卫锋 CHEN Lin;GUO BingHui;DUAN HaiBin;LV WeiFeng

作者机构：北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083 北京航空航天大学数学科学学院北京100083 鹏城实验室深圳518055 北京航空航天大学计算机学院北京100083 

出 版 物：《中国科学：技术科学》 (Scientia Sinica(Technologica))

年 卷 期：2023年第53卷第2期

页      面：177-186页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：科技创新2030-“新一代人工智能”重大项目(编号:2018AAA0102303) 国家自然科学基金项目(批准号:91948204,U20B2071,U1913602,U19B2033)资助 

主　　题：无人机集群 目标合围 度量距离交互 晶格合围构型 群体熵 自组织 

摘      要：针对受限环境中无人机集群的目标合围控制问题,提出了一种基于局部度量距离交互的分布式集群目标合围控制方法.首先,基于局部度量距离交互机制确定了每架无人机的时变邻域无人机集合,采用光滑成对交互势函数设计了集群内部无人机间的交互势函数、无人机与飞行环境中障碍间的交互势函数以及无人机与目标无人机间的交互势函数.在此基础上,基于自组织原则提出了分布式的无人机集群目标合围控制律,使无人机集群能够以指定环绕半径形成以目标无人机为中心的稳定α-晶格合围构型,对目标无人机进行合围和跟踪,同时使无人机避开飞行环境中的障碍,保障自身飞行安全.然后借助Lyapunov稳定性理论证明了集群系统的稳定性,并给出了集群系统内部无人机发生碰撞的条件以及合围构型参数的取值依据.此外,基于群体熵的概念尝试对无人机集群目标合围过程中的自组织水平进行度量.最后通过仿真来验证所提出算法的有效性.