一种基于场景自适应切换算法的无人车协同编队控制方法

本发明属于多智能体控制领域，具体涉及一种基于场景自适应切换算法的无人车协同编队控制方法。

背景技术：

1、地下空间存在环境未知、先验知识欠缺和通信条件恶劣等难题，导致无人车过度依赖高精度地图，严重限制了任务执行的实时性、安全性和可靠性。此外，在信号拒止的地下空间环境中单辆无人车的能力有限，可能无法完成所设定的任务。因此，采用多辆无人车协同工作变得至关重要。这样通过无人车之间的信息共享和协调行动，能够更好地克服地下空间环境的各种挑战。

2、无人车编队常用的方法包括虚拟结构法、人工势场法和基于行为的控制方法等。这些方法侧重于保持编队队形的精度和鲁棒性，以及队形的收敛速度等，但缺乏对环境中障碍物等因素的考虑。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于场景自适应切换算法的无人车协同编队控制方法，以实现地下空间信号拒止环境中无人车编队的动态避障、快速队形保持与重构，使其既具有良好的编队性能，又保证动态避障能力。

2、本发明具体技术方案如下：一种基于场景自适应切换算法的无人车协同编队控制方法，步骤如下：

3、步骤1、设n(n≥3)辆无人车进行编队，编队中的无人车上均搭载了激光雷达和天线，确定其中一辆为领导者，其余为跟随者，并根据任务要求确定所有无人车的初始位置、初始速度，领导者的目标位置；再建立单辆无人车的运动学模型。

4、步骤2、确定无人车编队期望的队形，包括各辆无人车之间的期望距离和期望角度。

5、步骤3、利用有限时间一致性算法和引入目标因子的领导-跟随算法，使得所有无人车能够形成期望队形并向目标点行进。

6、步骤4、通过无人车搭载的激光雷达检测激光束的反射信号以及信号的时间延迟来判断是否存在障碍物，若不存在，则返回步骤3；若存在，则通过多层动态切换算法进行局部避障。

7、步骤5、判断领导者是否到达目标点，并且无人车编队是否保持期望队形，若是，则任务结束；若否，则返回步骤4。

8、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

9、(1)本发明可实现地下空间信号拒止环境中无人车编队的动态避障、快速队形保持与重构。

10、(2)本发明通过有限时间一致性算法和引入目标因子的领导-跟随算法实现无人车编队的快速队形保持与重构，并确保无人车编队安全到达目标点。

11、(3)本发明提出多层动态切换算法来进行避障。对于协同编队过程中单辆无人车的避障问题，设计了可自适应调整编队评价函数权重的动态窗口算法，使得单辆无人车在完成局部动态避障后快速进行队形保持；对于多辆无人车的协同避障问题，可根据周围环境信息、无人车与障碍物的距离等约束条件，选择合适的避障策略来实现无人车编队在信号拒止环境下实时避障。

技术特征：

1.一种基于场景自适应切换算法的无人车协同编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于场景自适应切换算法的无人车协同编队控制方法，其特征在于，步骤1中的无人车运动学模型，具体如下：

3.根据权利要求1所述的一种基于场景自适应切换算法的无人车协同编队控制方法，其特征在于，步骤3中，有限时间一致性算法和引入目标因子的领导-跟随算法，具体如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于场景自适应切换算法的无人车协同编队控制方法，其特征在于，步骤4中，所述通过多层动态切换算法进行局部避障，具体如下：

技术总结本发明公开了一种基于场景自适应切换算法的无人车协同编队控制方法，解决了地下空间信号拒止环境中无人车的协同编队问题。本发明通过设计多层动态切换算法，根据周围环境信息、无人车与障碍物的距离等约束条件，实现无人车编队的实时避障。通过利用有限时间一致性算法和引入目标因子的领导‑跟随算法实现无人车编队的快速队形保持与重构，并确保无人车编队安全到达目标点。本发明公开的基于场景自适应切换算法的无人车协同编队控制方法，可实现信号拒止环境中无人车编队的动态避障、快速队形保持与重构。技术研发人员：祁永强,洪妙英,王佳慧,张晗,王军,吴保磊,秦力受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9