多无人机变时域分布式模型预测控制

摘要

本文针对具有避碰和避障功能的四旋翼无人机系统的轨迹跟踪和编队问题，提出了一种基于收缩约束的变时域分布式模型预测控制(VDMPC)算法.首先，以实际四旋翼为控制对象，建立单机解耦线性时变模型及编队控制框架.在考虑多约束条件下，以编队轨迹跟踪与队形保持为控制目标，并对该两项目标权重自适应调整，以实现队形反馈控制.此外，将多步控制李雅普诺夫函数纳入DMPC方案中，其优化问题采用具有代价函数最小的可变长度的block优化策略，进而应用收缩约束保证了整个闭环系统的稳定性.该方法对优化问题求解计算量和控制性能方面作了最优权衡，提高了滚动优化效率，也避免了传统MPC稳定性中终端成分的设计.最后，通过多无人机仿真验证了所提算法的有效性.

关键词

四旋翼无人机 / 编队控制 / 变时域分布式模型预测控制 / 收缩约束 / block优化策略

基金资助

浙江省科技计划项目(2022C01018)资助; 国家自然科学基金项目(U21B2001)资助; 2022“慧眼行动”项目(C2AE0A5C)资助