一种无人机⁃无人车编队系统容错控制方法

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27216

电子电气工程与控制

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一种无人机⁃无人车编队系统容错控制方法

马亚杰, 王娟, 姜斌(), 龚建业

南京航空航天大学自动化学院，南京　211106

收稿日期:2022-03-30 修回日期:2022-05-14 接受日期:2022-10-08 出版日期:2023-04-25 发布日期:2022-10-26
通讯作者: 姜斌 E-mail:binjiang@nuaa.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(62020106003);江苏省自然科学基金(BK20211566);教育部-科技部高等学校学科创新引智基地(B20007);机械结构力学与控制国家重点实验室（南京航空航天大学）自主研究课题(MCMS-I-0121G03);航空科学基金(20200007018001)

A fault⁃tolerant control scheme for UAVs-UGVs formation systems

Yajie MA, Juan WANG, Bin JIANG(), Jianye GONG

College of Automation Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 　211106，China

Received:2022-03-30 Revised:2022-05-14 Accepted:2022-10-08 Online:2023-04-25 Published:2022-10-26
Contact: Bin JIANG E-mail:binjiang@nuaa.edu.cn
Supported by:
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摘要/Abstract

摘要：

针对多无人机（UAVs）-多无人车（UGVs）编队控制系统通信链路加性故障问题，提出了一种基于分布式自适应观测器的容错编队控制算法。对四旋翼无人机控制系统和两轮驱动式无人车控制系统进行模型转换，并构造多无人机-多无人车编队控制系统数学模型；基于“虚拟领导者-跟随者”拓扑结构，利用邻接智能体的局部信息设计分布式自适应观测器，实现在通信链路故障下对虚拟领导者状态的观测；基于反步法设计多无人机-多无人车编队控制系统自适应容错编队控制器保证系统的编队跟踪性能。最后，在由3架四旋翼无人机和3辆两轮驱动式无人车组成的编队系统中进行仿真，结果验证了所设计自适应观测器和控制器的有效性。

关键词: 异构多智能体系统, 多无人机-多无人车编队系统, 通信链路加性故障, 容错编队跟踪, 自适应控制

Abstract:

To compensate for the problem of communication link additive faults of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)-Unmanned Ground Vehicles (UGVs) formation system, a fault-tolerant formation control algorithm is proposed based on distributed adaptive observers. The models of quad-rotor UAV and two-wheeled mobile robot control systems are transformed, and the model for the UAVs-UGVs formation system is further constructed. Based on the "virtual leader-followers" topology, distributed adaptive observers are designed by using the local information of adjacent agents to realize the observation of virtual leader's states with communication link additive faults. The adaptive fault-tolerant formation controllers of UAVs-UGVs system are designed based on the backstepping method. Finally, the effectiveness of the designed observers and controllers is verified by simulation of the formation system composed of three quad-rotor UAVs and three two-wheeled mobile robots.

Key words: heterogeneous multi-agent system, UAVs-UGVs formation system, communication link additive fault, fault-tolerant formation tracking, adaptive control

中图分类号:

V219

马亚杰, 王娟, 姜斌, 龚建业. 一种无人机⁃无人车编队系统容错控制方法[J]. 航空学报, 2023, 44(8): 327216-327216.

Yajie MA, Juan WANG, Bin JIANG, Jianye GONG. A fault⁃tolerant control scheme for UAVs-UGVs formation systems[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(8): 327216-327216.

图/表 12

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参考文献 26

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