控制与决策

作者：常绪成,王敬宇,朱锋,任高峰,李康,刘代军

单位：郑州航空工业管理学院 自动化学院，郑州 450046,,郑州航空工业管理学院 航空宇航学院，郑州 450046,,郑州航空工业管理学院 航空宇航学院，郑州 450046,,郑州航空工业管理学院 自动化学院，郑州 450046,,郑州航空工业管理学院 航空宇航学院，郑州 450046,,郑州航空工业管理学院 自动化学院，郑州 450046,

关键词：无人机集群;分布式模型预测控制;自适应信赖域;时空解耦;级联稳定性;控制障碍函数

基金：河南省人才支持计划项目(254000510003)；中国高校产学研创新基金项目(2024ZY019)；航空科学基金项目(20200001055001)；河南省科技攻关项目(262102221005, 252102220056, 252102221025)；河南省校企协同创新项目(26AXQXT109)；河南省自然科学基金项目(252300421888)；郑州航院科研团队项目(24ZHTD01003)；郑州航院研究生教育创新计划基金项目(2025CX141).

针对无人机集群协同控制中的高维非凸优化难题, 提出一种分布式时空解耦模型预测控制(DSTMPC)框架. 首先, 将复杂的时空轨迹优化问题解耦为空间几何规划和时间调度两个序贯而协同的子问题: 空间层采用基于迭代线性化和自适应信赖域(ILAC)的序贯凸化方法处理避障、避碰等非凸约束, 并融合控制障碍函数(CBF)确保实时安全; 时间层则将轨迹执行转化为高效凸优化问题, 通过分布式一致性协议实现集群同步. 然后, 基于开环解耦系统, 设计一种基于冲突状态观测器的时空协同反馈机制, 优化时间层至空间层的闭环优化回路. 仿真结果表明, 所提出框架在不同复杂度场景下均能够实现良好的控制性能: 编队误差稳态收敛至0.37 m以内, 障碍物最小间距保持在0.2 m以上, 验证了所提出方法的有效性和可扩展性, 为大规模集群的高效协同控制提供了一种可行方案.

来源：2026年第6期

《控制与决策》期刊编辑部

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