无人机现有的控制结构主要是为解决不同的实际问题提出的,主要构建方法有领航跟随法、行为分解法、人工势场法、虚拟结构法等。
领航跟随法应用最为广泛,其结构简单,便于理解。但是,由于整个编队队伍的行为仅由领航无人机决定,因此当领航无人机发生故障或者遭到破坏时,整个协同系统有可能瘫痪。
行为分解法的优点是,其控制思路直接反映了无人机个体行为的协同,比较直观,当无人机之间存在冲突或者环境比较复杂时,比较容易得到一个有效的控制策略。其主要缺点是,不能明确地定义群体行为,很难对其建立数学模型,而且怎样保证队形的稳定性这一问题尚未解决,同时容易出现死锁现象。
人工势场法计算简单,便于实现实时控制,尤其对于处理障碍物空间的避碰问题是比较有效的。但是由于和无人机的运动模型难以紧密结合,导致势场函数的设计比较困难,而且存在局部极值点的问题。
虚拟结构法将整个编队队形看作一个虚拟结构来处理,这种方法易于确定整个群体的编队行为,但是由于该方法适用的队形范围比较窄,很多协同控制问题不能用其表示,限制了其适用范围。
上述方法各有其优缺点,针对不同任务系统的控制结构,必须提出一种切合实际的构建方法,并可能需要将上述方法结合使用,提出新的行之有效的设计思路。因此,本章根据协同作战任务的实际需求,借鉴上述方法,首先提出了无人机协同控制结构的设计思路,在此基础上设计出面向协同作战任务的单架无人机控制结构,接着对两架无人机的协同控制结构进行设计,最后提出了由两机控制到多机协同控制的扩展方法,并对扩展方法的性能进行了分析。