摘要
本研究提出了一种基于自组织原理和能量势相互作用的协同控制方法，用于协调无人机群的运动。所提方法引入了一种利用具有对称吸引和排斥函数的虚拟力场来综合集群运动协同控制的程序，有效解决了传统势场技术的已知局限性。通过李雅普诺夫/拉萨尔稳定性分析和几何安全半径论证表明，该方法能够在满足平台运动学约束的前提下确保集群运动无冲突，并支持稳定的编队保持。在运动方程中引入阻尼项以消除自振荡，并通过能量（李雅普诺夫）论证表明，所得系统收敛到总交互势的临界点集。引入基于虚拟摆量表的协同控制器以防止系统停滞。开发了专门的数学框架来缓解维度灾难问题，仿真结果证实了该框架的有效性，尽管每步计算成本大约随集群规模呈二次方增长。集群编队时间随无人机数量的增加而呈次线性增长，突显了该方法的扩展能力。集群自组织建模研究揭示了三个特征阶段：即混沌运动、过渡重构和有序集群行为。编队过程对应于无人机间交互能量的逐步最小化，而稳定的集体运动则通过保持飞行器航向角的恒定极化来实现。通过仿真确定了在集群编队和有协调运动期间提供最佳协同特性的参数范围。通过无人机群控制的实际实验测试进一步验证了这些发现，作为概念验证。
