基于事件的人在回路（Human-in-the-Loop）编队控制技术：应用于具有双重预定时间性能要求的异构无人机-无人水面船（UAV-USV）系统

《IEEE Transactions on Vehicular Technology》：Event-Based Human-in-the-Loop Formation-Containment Control for Heterogeneous UAV-USV Systems With Dual Predefined-Time Prescribed Performance

针对异构无人机-水面舰艇系统双预设性能的分布式人机混合形成-保持控制问题，提出自适应控制协议与事件触发机制，通过增强型预设性能函数实现高阶连续可微，确保多领导者形成与 followers 轨迹收敛至凸包，并验证控制方案有效性。

　　

摘要：

本文研究了具有双重预定性能的异构无人飞行器（UAV）与无人水面船（USV）系统的分布式人在回路（HiTL）编队控制与约束问题。首先，为所有编队领导者开发了自适应分布式编队控制协议，以实现预期的编队配置。对于非自主跟踪领导者，引入了人类操作员参与多架UAV的编队控制，使得所有编队领导者能够跟随跟踪领导者的轨迹。然后，提出了一种自适应分布式约束控制策略，以确保所有USV的轨迹能够收敛到由编队领导者生成的凸包内。同时，提出了两种改进的预定义时间预定性能函数，以放宽性能函数高阶连续可微性的前提条件。此外，将事件触发机制（ETM）应用于UAV-USV系统的编队控制中，以节省计算和通信资源。根据李雅普诺夫理论，可以保证闭环系统的稳定性，并且在预定时间内将编队控制误差限制在预定范围内。最后，通过仿真示例验证了分布式HiTL编队控制与约束方案的有效性。

引言

随着多智能体控制理论的不断发展，一些先进的控制技术已逐渐从同构多智能体系统扩展到具有不同维度甚至结构的异构多智能体系统（HMASs），以执行复杂的控制任务[1]、[2]、[3]。作为典型的代表，由无人飞行器（UAV）[4]和无人地面车辆（UGV）[5]组成的异构无人系统的协同控制引起了广泛关注，并应用于民用生活和军事行动中，例如路线规划、空对地战斗等。例如，[6]研究了具有顺序执行器故障的异构UAV-UGV系统的容错编队控制问题，采用了分布式自适应补偿控制方法。针对异构UAV-UGV系统，提出了一种分布式自适应编队控制与约束策略[7]，以实现所需的形状和控制性能。上述研究主要集中在空对地区域的UAV-UGV编队控制，而异构UAV-USV系统则解决了海洋工程中的海上搜救任务中的相关问题。因此，研究UAV-USV的编队控制与约束问题至关重要，这为相关领域提供了宝贵的理论基础和工程应用价值。