传感器故障下的多四旋翼编队协同容错控制

当多四旋翼直升机编队中有个体突发传感器故障时，由于个体之间的信息交互，导致故障个体及能接收到故障个体信息的无故障个体偏离理想的飞行轨迹，从而使整个编队无法保持设定的轨迹飞行。故设计一种基于动态面控制技术的分布式四旋翼直升机飞控系统，使主从式编队系统在故障未知的情况下，仍能保持预设的队形飞行，且主机能跟踪上外界参考信号。最后以Qball-X4四旋翼直升机为例，验证了所提算法的有效性。

四旋翼直升机是一种小型无人机，由于它较其他无人机有成本低廉、结构简单等优点[1]，故广泛地运用于高危任务中，如环境监测、侦查、目标跟踪等。而多四旋翼直升机编队，即由多个相互之间有信息交互的相同或不同的四旋翼组成的群组，无疑是完成上述任务的更好的选择，因为编队能实现合理的任务分配，进而提高系统的工作效率[2]，同时多个微小四旋翼组成的编队比一个结构复杂的大型无人机更经济。

为了使这样的多四旋翼直升机编队正常运行，需要引入协同控制的方法，其旨在利用个体间信息的局部交互设计满足系统要求的控制策略，例如使多四旋翼直升机系统同时达到目标点，跟踪外界参考信号或者在飞行过程中保持设定的队形[3]。

关于多智能体系统的协同控制一直是近年来的研究热点，针对该问题主要有基于图论[4] [5] [6]、基于矩阵理论及最优控制[7] [8]等的方法。文献[9]利用图论和Lyapunov 函数分析了具有变拓扑结构的非线性多智能体系统的稳定性问题。

而文献[10]则讨论了基于极限集的非线性多智能体系统的协同控制。

在文献[11]中，利用模型预测控制方法来设计协同控制策略。

但针对故障情况下多智能体系统协同控制的研究较少。文献[8]分析了在有个体发生执行器故障的情况下一类线性多智能体系统的协同行为，而文献[11]与[12]则针对一类非线性智能体系统，设计了协同容错策略来处理执行器故障的情况， 使得系统在故障情况下仍满足性能要求。

需要特别指出的是， 文献[13]与[14]则研究了存在个体传感器故障的多智能体系统容错控制问题。具体地，文献[13]针对一类同时存在个体传感器故障和个体执行器故障的线性多智能体系统， 提出了一种基于自适应补偿和