[0052] 下面通过具体应用实例来验证本发明所提出的仿鸟群行为和虚拟结构的无人机 编队控制方法的性能。采用的是某型号无人机作为验证对象。实验环境为3.07Ghz，4G内存， MATLAB 20 IOa版本。

　　[0053] 所发明的一种仿鸟群行为和虚拟结构的无人机编队控制方法的具体实现步骤如 下：

　　[0054] 步骤一、利用无人机的气动数据和物理方程，建立数学模型，无人机模型如下式所 示：

　　[0056] 公式中，Vl表示第i架无人机的飞行速度大小，队表示第i架无人机的偏航角，為表 示第i架无人机在水平面X轴上的速度分量，爲表示第i架无人机在水平面y轴上的速度分 量，g表示第i架无人机的偏航角速度，表示第i架无人机的偏航角变化率，表示第i 架无人机的最大转弯角速度，设定为10°每秒。

　　[0058]最佳的横侧向间距即最优翼间距为R = b/2(JTb/4-l)，其中b为翼展，设定为5m，当 以此间距编队飞行时，可以获得来自尾旋上洗气流的最大升力，但同时需要时刻准确地保 持上述最优翼间距飞行。通过无人机模型计算最优距离为7.3m。

　　[0060] 实例中采用2架无人机进行编队控制。PG电子官方平台所有无人机的局部虚拟结构的动力学模型 定义按公式(2)表示。参数Vi，分别设定为：100,0,0;mF， jF分别为该虚拟结构 的虚拟转动质量和虚拟转动惯量，分别设定为1000 kg和10000kg · m2。虚拟结构的速度范围 设定为100_200m/s，偏转角度范围为0°-180°。

　　[0062] 将鸟群行为编队中的最优翼间距编队位置，计算得到为7.3m，带入虚拟结构中无 人机的编队位置％中，将鸟群行为与虚拟结构结合起来求取无人机编队控制输入·/?和化。

　　[0064] 基于鸟群行为和虚拟结构混合方法整体流程如图2所示，将无人机群体定义为一 个虚拟结构。首先，利用初始化的无人机偏转角度θ〇,角速度WO和速度VO，确定参数 $ =VQ，士 =%，=Vti。然后，根据无人机物理参数确定，，12。接着，根 据公式(2)计算出无人机群体(即虚拟结构)在飞行中受到的作用力和力矩/,，，反解 出每个无人机所需的控制输入量ν_?=_/?}//%，W.i:=_4 ./_/最后，将控制输入量Vi和Wi作 用在无人机模型（由公式（1)表示)上，根据公式（1)中的无人机模型计算无人机新的速度和 偏航角，更新无人机当前的位置。通过上述控制过程，可以得到编队控制仿线所示，从仿真结果中可以看出，无人机系统快速稳定地保持了编队飞行，系统整体性能令 人满意。

　　1. 一种仿鸟群行为和虚拟结构的无人机编队控制方法，其特征在于:具体步骤如下： 步骤一:建立无人机编队数学模型 无人机模型如下式所示：公式(1)中，為表示第i架无人机在水平面X轴上的速度分量;VI表示第i架无人机的飞行 速度大小;Φι表示第i架无人机的偏航角；龙表示第i架无人机在水平面y轴上的速度分量， 托表示第i架无人机的偏航角速度，Wi表示第i架无人机的偏航角变化率，Wimx;表示第i架 无人机的最大转弯角速度； 步骤二:通过鸟群行为确定编队控制位置 设定最佳的横侧向间距即最优翼间距为R=b/2(3ib/4-l)，其中b为翼展，当W此间距编 队飞行时，PG电子官方平台获得来自尾旋上洗气流的最大升力； 步骤Ξ:建立无人机编队虚拟结构 虚拟结构方法要求编队控制方法是分散的，因此给每个无人机定义一个局部的编队虚 拟结构，称为局部虚拟结构;编队控制方法通过无人机间的通信协调，使所有的局部虚拟结 构逐渐趋于一致;第i个无人机的局部虚拟结构的动力学模型定义如下：炫） 其中，^，4;。，06，^^.随时间的微分； fg. € 为虚拟结构的位置； Vg 為虚拟结构的速度； (9/.^ e为虚拟结构的偏转角度； ei?i为虚拟结构的角速度； mF，jF分别为虚拟结构的虚拟转动质量和虚拟转动惯量； 12为无人机转动惯量； € if为施加在虚拟结构上的虚拟力. rV; G为施加在虚拟结构上的虚拟力矩； 步骤四：通过鸟群行为和虚拟结构混合方法求取编队控制输入 将鸟群行为编队中的最优翼间距编队位置代入虚拟结构中无人机的编队位置 =巧=公/2(^巧复/4-1)中，将参数V巧，今I，W巧，邮，jF，i2,设定为固定的常数， 根据公式(2)求取虚拟结构上的虚拟力和虚拟力矩^^^，Tf ; 步骤五:利用鸟群行为和虚拟结构混合方法进行编队控制 将无人机群体定义为一个虚拟结构；首先，利用初始化的无人机偏转角度θ〇，角速度W0 和速度VQ，确定参数二V〇，0^二句,，=W〇 ;然后，根据无人机物理参数确定 mF，jF，l2;接着，根据公式(2)计算出无人机群体在飞行中受到的作用力和力矩， 反解出每个无人机所需的控制输入量巧=/巧//Wf，M，i= f巧/片;最后，将控制输入量Vi和 Wi作用在无人机模型上，根据公式（1)中的无人机模型计算无人机新的速度和偏航角，更新 无人机当前的位置。2. 根据权利要求1所述的一种仿鸟群行为和虚拟结构的无人机编队控制方法，其特征 在于：7max,设定为10°每秒。3. 根据权利要求1所述的一种仿鸟群行为和虚拟结构的无人机编队控制方法，其特征 在于:b为翼展，设定为5m。4. 根据权利要求1所述的一种仿鸟群行为和虚拟结构的无人机编队控制方法，其特征 在于:无人机模型计算最优距离为7.3m。5. 根据权利要求1所述的一种仿鸟群行为和虚拟结构的无人机编队控制方法，其特征 在于:参数Vi；，分别设定为：1〇〇,〇,〇;111。，扣分别为该虚拟结构的虚拟转动质 量和虚拟转动惯量，分别设定为1000kg和10000kg · m2;虚拟结构的速度范围设定为100- 200m/s，偏转角度范围为0°-180°。

　　【专利摘要】本发明一种仿鸟群行为和虚拟结构的无人机编队控制方法，是将鸟群编队结构映射至无人机编队结构中，构建无人机编队最优的编队位置，通过虚拟结构模型计算所需要的控制指令，随后接收到编队控制指令的无人机控制单元再将无人机控制到指定位置，仿鸟群行为和虚拟结构的无人机编队控制方法的具体步骤如下：1、建立无人机编队数学模型；2、通过鸟群行为确定编队控制位置；3、建立无人机编队虚拟结构；4、通过鸟群行为和虚拟结构混合方法求取编队控制输入；步骤五：利用鸟群行为和虚拟结构混合方法进行编队控制。该方法充分利用了鸟群行为机制和虚拟结构方法在编队控制律设计中的简洁性、普适性，保证了无人机在编队状态下控制的连续与稳定。