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一、基本信息：

研究方向：無人機(jī)智能控制與決策

發(fā)表于IEEE Transactions on Automation Science and  Engineering

影響因子：5.6

二、論文內(nèi)容簡介

考慮到復(fù)雜飛行環(huán)境中多源干擾的影響，以及多元任務(wù)對 時(shí)變編隊(duì)和切換拓?fù)涞男枨?，本文提出了基于?qiáng)化學(xué)習(xí)算 法的無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)控制方法。本文建立了反步控制方法 與強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法相結(jié)合的前饋-反饋控制結(jié)構(gòu)?；诜床娇?制方法設(shè)計(jì)了反饋控制回路，將無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)控制問題 轉(zhuǎn)化為關(guān)于編隊(duì)誤差的最優(yōu)控制問題。

針對最優(yōu)控制問題， 本章采用 two-player 零和博弈策略，利用評價(jià)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼 近得到最優(yōu)控制輸入以及最差干擾輸入，并通過穩(wěn)定性分 析證明了評價(jià)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂性。該控制算法通過強(qiáng)化學(xué) 習(xí)補(bǔ)償控制提升了無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的抗干擾性能，與此同 時(shí)利用反步控制方法加快了強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的收斂速度。

三、研究背景

復(fù)雜飛行環(huán)境和多元任務(wù)需求對無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)控制的挑戰(zhàn)：在無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)飛行的過程中，考慮到復(fù)雜飛行環(huán)境中陣風(fēng)擾動(dòng)和電磁干擾等因素的存在，無人機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)會(huì)受到多源干擾的影響，將導(dǎo)致無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)控制的不 穩(wěn)定。此外，當(dāng)無人機(jī)編隊(duì)執(zhí)行多個(gè)不同任務(wù)時(shí)，考慮到復(fù)雜地形和通信距離限制等因素的影響，多元任務(wù)需要與其任務(wù)相匹配的無人機(jī)時(shí)變編隊(duì)及通信拓?fù)淝袚Q。例如： 當(dāng)無人機(jī)從高空偵察任務(wù)轉(zhuǎn)向低空突防任務(wù)時(shí)，常要求多無人機(jī)由松散編隊(duì)重構(gòu)為緊密編隊(duì)，并切換與之匹配的通信拓?fù)洹Ｉ鲜鲆蛩貫闊o人機(jī)協(xié)同編隊(duì)控制帶來了更大的挑戰(zhàn)。

 四、創(chuàng)新內(nèi)容與工程應(yīng)用價(jià)值

1.針對目前多數(shù)無人機(jī)編隊(duì)控制方法不考慮性能優(yōu)化的問題，本文采用了反步控制方法與強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法相結(jié)合的前 饋-反饋控制結(jié)構(gòu)，可以在抵抗復(fù)雜干擾的同時(shí)，保證無人機(jī)編隊(duì)跟蹤性能的優(yōu)化性；

2.對比傳統(tǒng)基于模型的反步控制方法，本文引入強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法提升編隊(duì)控制的魯棒性。采用 two-player 零和博弈策 略，進(jìn)一步優(yōu)化編隊(duì)控制性能；

3.與大多數(shù)強(qiáng)化學(xué)習(xí)控制方法不同，本文通過在回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)更新律中引入補(bǔ)償項(xiàng)消除持續(xù)激勵(lì)條件，以及引入分段補(bǔ)償項(xiàng)解決初始可控條件。上述細(xì)節(jié)改進(jìn)極大提升了強(qiáng)化學(xué)習(xí)控制方法在實(shí)際無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的適應(yīng)性，不再依賴苛刻的限制條件。

五、基于靈思創(chuàng)奇設(shè)備

將無人機(jī)模型導(dǎo)入實(shí)時(shí)仿真機(jī)中，將編輯好的強(qiáng)化學(xué)習(xí)控 制算法導(dǎo)入飛控板內(nèi)，基于 Tacview 的仿真視景，將無人 機(jī)編隊(duì)跟蹤控制仿真過程顯示，驗(yàn)證了本文提出的強(qiáng)化學(xué)習(xí)控制算法的有效性。

相較于數(shù)值仿真驗(yàn)證，基于靈思創(chuàng) 奇的半實(shí)物仿真系統(tǒng)更貼近實(shí)際無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，對 采樣時(shí)間和信息傳輸量提出了更嚴(yán)格的要求，為推進(jìn)控制 算法在無人機(jī)實(shí)飛中的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)，一定程度 上驗(yàn)證了算法的可擴(kuò)展性。對比大多數(shù)無人機(jī)編隊(duì)控制方 法文獻(xiàn)中僅有的數(shù)值仿真驗(yàn)證，基于靈思創(chuàng)奇的半實(shí)物仿 真驗(yàn)證是可行且必要的。