摘要摘要这些年来，随着自动化技术，无线通信技术的发展以及无人机越来越广泛的应用，在航天航空领域，多无人机编队控制是人们的研究热点。
无人机编队问题隶属于多智能体协调控制问题，它的应用很广泛，而单个无人机的应用总是有限的，为了完成更多任务，可以使无人机与无人机之间组成编队，能够通过个体之间的交互进行区域的信息交流来使整体呈现有规则的行动。
所以，凭借无人机编队在空间的分布性，协同执行任务时的并行性以及比较强的容错能力，无人机编队飞行一致性问题值得我们去研究并仿真。
本课题以中等数量的无人机编队为研究对象，基于多智能体一致性研究方法和编队控制理论来研究无人机编队飞行一致性问题。
用到的知识包括一致性理论，编队控制理论，图论以及矩阵论。
首先研究无领航者无人机编队飞行一致性问题，并在解决并仿真该问题以后分析具有领航者无人机编队飞行状态达到一致所满足的条件，并对无人机编队飞行一致性算法进行仿真验证。
关键词：无人机一致性理论编队控制ABSTRACTOver the years, with the automation technology, wireless communication technology and the development of unmanned aerial vehicles more widely used in the aerospace field, multi-UAV formation control people's research focus. UAV formation problem belongs to multi-agent coordination and control issues, ideological coordination between multi-agent control is the result of people's animal and plant populations observed in nature to explore. UAV very broad application, and the application of a single drone is always limited, in order to get more done, you can make between the UAV and UAV fleet composition can be performed by the area of interaction between the individual information AC to make the whole show regular action. So, with the UAV formation distributed in space, the cooperative parallelism and relatively strong fault tolerance to perform a task, the UAV formation flight consistency worthy of our study and emulation.The problem with a moderate number of UAV formation for the study, based on multi-agent methodology and consistency of control theory to study the formation of UAV formation flight consistency. Used knowledge includes theoretical consistency, formation control theory, graph theory and matrix theory. Firstly no leader UAV formation flight consistency and resolve the problem later analysis and simulation with a leader UAV formation flight to reach agreement satisfied the conditions and flight consistency algorithm performed UAV formation simulation.Keywords：UAV Consistency Theory Formation Control目录目录摘要 (1)第一章绪论 (1)1.1 本课题的研究背景以及意义 (1)1.2 研究现状以及发展方向 (2)1.2.1 无人机的编队技术 (2)1.2.2一致性理论的研究 (5)1.2.3一致性在编队控制中的应用 (6)第二章预备知识 (9)2.1图论 (9)2.2 矩阵 (10)2.3一致性理论算法 (12)第三章无领航者无人机编队飞行一致性算法 (13)3.1 问题描述 (13)3.2 模型描述及证明 (13)3.3 实例仿真及分析 (18)第四章有领航者无人机编队飞行一致性算法 (21)4.1 问题描述及模型构建 (21)４.２连续时间协议及证明 (22)4.3 实例仿真及分析 (25)第五章总结与展望 (31)5.1 本文总结 (31)5.2 未来展望 (32)致谢 (33)参考文献 (35)第一章绪论1.1 本课题的研究背景以及意义这些年来，随着自动化技术，无线通信技术的发展以及无人机越来越广泛的应用，在航天航空领域，多无人机编队控制是人们的研究热点。
目前来说，无人机能够应用在农业、工业以及军事等行业，包括街景拍摄、地图测绘、灾后救援、边境巡防等。
而单个无人机的应用总是有限的，为了完成更多任务，可以使无人机与无人机之间组成编队，能够通过个体之间的交互进行区域的信息交流来使整体呈现有规则的行动。
所以，凭借无人机编队在空间的分布性，协同执行任务时的并行性以及比较强的容错能力，无人机编队飞行一致性问题值得我们去研究并仿真。
无人机编队问题隶属于多智能体协调控制问题，而多智能体之间协调控制的思想是人们对自然界中动植物群体观察探索的结果1。
自然界中，广泛存在着动物与动物之间，植物与植物之间或者动植物群体之间的协调行为，例如分工明显的蚂蚁，结伴巡游的鱼群以及协同合作捕食的狼群。
协同合作的群体拥有单一个体不能实现的优点，完成更多有目的性的，复杂的活动。
鉴于以上动植物群体的特点，我们提出了多智能体协调控制问题。
综上所述，本课题以中等数量的无人机编队为研究对象，基于多智能体一致性研究方法和编队控制理论来研究无人机编队飞行一致性问题。
在研究无领航者无人机编队飞行一致性问题的基础上，分析具有领航者无人机编队飞行状态达到一致所满足的条件，并对无人机编队飞行一致性算法进行仿真验证。
争取在协同控制理论研究及应用方面有突破和创新，为无人机在军事和民间应用方面提供学术支持。
该研究可以直接应用于无人机编队飞行一致性的控制，同样也可以应用于其他智能体系统的编队问题。
1.2 研究现状以及发展方向1.2.1 无人机的编队技术编队控制技术在最早是针对卫星巡航提出的，目的是提高卫星在巡航是对地面观测的覆盖率。
自从进入二十一世纪以来，国内外在本课题方面进行大量的理论摸索和实物研究。
在最近的二三十年，国外的研究人员提出了一种关于飞行编队的新理念：多无人编队协同飞行，也就是两架或者两架以上飞机根据不同的任务来规划不同的编队和航迹。
控制人员对无人机编队进行协同控制，使它能够更有效得完成既定任务。
如下图1.1所示，不同任务的空间排列编队是不同的。
图1.1 多种无人机编队形态相对无单一无人机来说，无人机编队具有很明显的优势。
编队飞行时，多架无人机可以互相减小飞行时受到的空气阻力，进而减少能源的消耗。
同时，888角度成像、高精度定位等单一无人机无法完成的任务。
在应用层面来说，无人机的编队飞行可以作为验证航天器飞行时功能的手段，该方法成本低，周期短，同时便与实施，所以肯定会有很广阔的应用前景。
无人机在执行确定任务时，它往往应该保持在队列中的位置相对不变。
在整个无人机编队中，无人机与无人机之间有信息的交互保证编队的一致性。
而信息交互的的控制方法一般有以下三种2：（1）集中式。
每架无人机要把本身的速度，加速度，位置，运动形态等所有信息与编队内剩余每一架无人机交互。
在这种集中式控制方法中，每架无人机要知道编队内所有无人机的信息，这样使得控制效果最好。
但是这样就需要大量的信息交互，可能会使信息在交互过程中丢失或者产生错误，计算量比较大，对于系统的要求更高。
所以除非是十分严谨的军事编队，一般不采用这种控制方式。
(2) 分布式。
每一架无人机要把自己的速度、加速度、位置和运动形态等所有信息与编队中与编队中相邻的无人机交互。
在这种分布式控制方法中，每一架无人机只需要与它相邻无人机进行信息交互。
虽然相对于集中式的控制效果较差，但是无人机与无人机之间信息交互变少了，系统实现就变得很简单。
(3) 分散式。
这种控制方式中每一架无人机不需要与其他无人机交互，只要联系自己编队中确定的无人机。
所以它的控制效果最差，由于基本没有信息的交互，计算量也就最少，但是它的结构最为简单。
以上就是无人机信息交互控制最常见的三种方法。
从控制效果来看，集中式控制是最好的，但是对系统要求太高，容易出错，虽然分布式控制方法的效果不如集中式，但是其结构简单，信息交互量少，不容易出错。
除了这个之外，分布式控制方法适应性更强，可以针对不同情况作出不同应对，比如在执行任务过程中某个无人机故障需要更换时或者在任务变更需要其他无人机加入时使用分布式控制方法就显得很灵活。
如果在这里我们使用集中式控制方法编队，那么信息的交互量将是非常大的，而如果我们采用分散式控制方法编队那么就不能保证在编队的过程中无人机之间不会发生碰撞，只有采用分布式控制方法才能同时解决无人机间信息交互和可能碰撞的问题，这也是未来编队信息交互方法的发展的方向。
接下来介绍的是无人机编队队形控制的算法，有很多学者在这方面做了研究。
到目前为止，比较成熟的队形控制算法有以下几种：(1)长机—僚机法(Leader-Follower)；(2)基于无人机行为法(Behavior-Based)；(3)虚拟结构方法(Virtual Structure)。
（1）长机—僚机法。
是分布式控制中最常见的一种，一般保持编队中的每架无人机与提前约定好无人机的相对位置不变，而当这个约定好的无人机是领航机的时候，那么这个保持队形的方法被称为跟随保持。