伺服器集群搭建方法「計算機集群技術」

眾所周知，無人機已經應用於各大領域，包括邊防檢查、森林防火、電力巡檢、新聞採集以及商業宣傳等方面。但是，隨著無人機用途的不斷增加，相應對於無人機各方面也有了更高的要求，對於多無人機的的協同控制方面也不斷湧現出多種控制方法，單從無人機的通信方式進行分類，可以分為集中式控制和分散式控制，下面就無人機的分散式控制做一個簡單的描述，以及對無人機分散式控制方法做簡單的總結，方便大家學習和理解。

首先拿集中式控制來說，有控制中心，控制效率較高，但核心無人機被擊落後，系統就會陷入奔潰，無法繼續執行任務。而分散式控制沒有系統控制的中心點，通過相鄰個體之間的相互協調完成信息互換，最終完成整體的編隊行為，由於沒有控制中心，分散式控制系統又具有較高的靈活性，可以動態的改變控制網路的結構。所以對比集中式控制後，採用分散式控制策略使得集群系統具有可擴展性、魯棒性、適應性等優點。在分散式控制中，無人機編隊系統中的個體只需要和領域的無人機進行通信，通信數據和通信鏈路較少，控制方法極為方便，能夠進行無人機編隊系統中的無人機的刪減和增加，實時調整編隊工作狀態。圖 1 無人機控制系統模型圖 2 分散式結構如圖所示UAV1作為無人機指揮員，在無人機編隊中起著指揮和控制的作用，引導整個團隊按照預定軌跡飛行，進而達到預期的目標位置，其與地面控制中心實時通信。UAV2、UAV3 作為跟隨機與地面站保持聯繫，不斷的接受無人指揮中心的指揮，且2，3之間進行實時通信，達到分散式控制的目的。

了解無人機分散式控制之後，一起來了解下基於分散式控制的幾種控制方法吧！

（1）基於長機-僚機的分散式編隊控制方法長機-僚機法的基本思想是：leader-follower機制，在多無人機組成的群體中，某架無人機作為整個編隊的領導者，並作為第一優先順序，向第二優先順序（第二階梯僚機）傳送信息，以此類推，各僚機分別向比自己低一級的僚機傳送信息，完成無人機間的信息通訊，達到隊形控制的目的。但這種控制方法魯棒性較差，沒有精確的隊形反饋，一旦長機出現問題，系統信息傳送不到位，那麼整個系統就會處於癱瘓狀態。為了解決這種控制方式產生的弊端，提出leader-candidate-follower機制，通過從candidate中選舉產生下一任長機，故此來彌補魯棒性差這一問題，從而實現編隊的穩定飛行。（Raft演算法實現）圖 3 長機-僚機圖解

（2）基於行為的分散式編隊控制基於行為法的分散式控制思想是根據對無人機系統實施控制作用後所期望產生的整體行為模式，事先對每個無人機的個體行為規則和局部控制方案進行設計，這是一種先果後因的運動控制方法。通常每個無人機的行為模式類似於「庫函數」一樣存儲於編隊控制器中，在系統運行時，根據環境信息和控制指令的變化執行相應的行為方式，如避障、隊形組成、隊形切換、方向運動等。例如，在進行避障時，編隊無人機在移動過程中要避免與障礙物和其他相鄰飛機的碰撞，那麼，當無人機通過感測器系統感知外界環境變換時，整個系統就會根據系統輸入，選取行為模式，達到期望的行為，進而作出系統響應並輸出。與領航跟隨者不同之處在於，該方法中的協作作用是通過無人機之間的位置、狀態輸入值等信息的共享來實現的。每架無人機只需知道相鄰無人機的信息就可以，減少了信息的獲取，同時減少了計算量，系統實現較為簡單。缺點在於很難描述群體的動態特性，難以進行精確控制，隊形保持的穩定性不易控制。

（3）基於人工勢場的分散式編隊控制法人工勢場法基於無人機間的相互作用力，即引力場與斥力場，環境中的障礙物對無人機產生排斥力，而目標點對無人機產生吸引力，在合力的作用下，使得無人機沿最小化勢能方向運動。圖 4 人工勢場法圖解

（4）基於虛擬結構的分散式編隊控制方法將無人機的編隊看作一種剛性的虛擬結構。每一個無人機可以看作在這個虛擬結構中一個固定的點。編隊中的無人機個體直接跟蹤保持虛擬結構上的固定坐標點就可以完成設定好的編隊飛行巡檢路線。以虛擬結構為框架，在編隊控制演算法中加入隊形反饋，鄰近的分散編隊控制器之間進行通訊和信息傳輸，使得編隊控制器既能控制編隊的速度，又能很好的保持隊形。以上就是對分散式控制的介紹和相關控制方法原理的闡述，希望對相關學習者能有一定的幫助。

作者：阿木實驗室：木十

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