一种基于未知控制方向的自适应编队控制算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于未知控制方向的自适应编队控制算法。本发明专利技术包括如下步骤：步骤S1：一个多智能体系统包含N个智能体，对每个智能体进行参数设定及校验；步骤S2：对多智能体系统进行编队参数设定及校验；步骤S3：控制参数设定，并设定算法终止时间为t0，再进行控制算法可行性判断；步骤S4：按顺序求解控制参数；步骤S5：判断是否到达终止时间；步骤S6：多智能体系统的一致性判断。本发明专利技术解决了多智能体系统编队时在未知控制方向的情况下的控制问题，提高了多智能体系统的编队性能。

An adaptive formation control algorithm based on unknown control direction

The invention discloses an adaptive formation control algorithm based on unknown control directions. The present invention includes the following steps: 1) a multi-agent system contains N agents to set and verify the parameters of each agent; 2) setting and verifying the formation parameters of the multi-agent system; and 6) setting the control parameters and setting the termination time of the algorithm to t0, and then the control algorithm is feasible. Sex judgment; (4) Solving control parameters in sequence; (5) Judging whether the termination time is reached; (6) Consistency judgment of multi-agent system. The invention solves the control problem of multi-agent system formation when the control direction is unknown, and improves the formation performance of multi-agent system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于未知控制方向的自适应编队控制算法
：本专利技术涉及一种基于未知控制方向的自适应编队控制算法，属于控制

技术介绍
：近十年来，多智能体系统的协同控制已经受到了越来越多的关注，它有着广泛的应用领域，例如，无人机的编队控制，卫星群，通讯网络的拥塞控制等。对于多智能体协同控制,已经有了大量的控制算法，包括一致性算法。多智能体一致性表示网络中的智能体通过与邻居智能体相互交换信息，最终达到同一状态。现有的关于多智能体系统编队控制算法方面的研究，大多直接默认控制输入的方向为正，控制输入的增益为1。而实际系统中，如船舶的航向保持未标定视觉伺服器等，存在控制方向未知的情况,即控制输入电压正负未知等，而目前为止针对此种情况的算法研究还较为少有。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于未知控制方向的自适应编队控制算法，解决了多智能体系统编队时在未知控制方向的情况下的控制问题，提高了多智能体系统的编队性能。上述的目的通过以下技术方案实现：一种基于未知控制方向的自适应编队控制算法，该方法包括如下步骤：步骤S1：一个多智能体系统包含N个智能体，对每个单个智能体进行参数设定及校验；步骤S2：对多智能体系统进行编队参数设定及校验；步骤S3：控制参数设定，并设定算法终止时间为t0，再进行控制算法可行性判断；步骤S4：按顺序求解控制参数；步骤S5：判断是否到达终止时间；步骤S6：多智能体系统的一致性判断。所述的基于未知控制方向的自适应编队控制算法，步骤S1中所述的参数设定及校验，具体方法是：步骤S11：参数设定按照如下模型设定：t表示系统时间，其中xi(t)、ui(t)和bi分别为第i个智能体的状态量、控制输入和未知控制系数，ρi和分别表示未知向量和已知连续函数，N表示多智能体系统中智能体的个数；步骤S12：判断第i个智能体的未知控制系数是否符合参数设定条件bi≠0，如果符合，进入步骤S2，不符合，返回步骤S11，重新设定.所述的基于未知控制方向的自适应编队控制算法，步骤S2中所述的编队参数设定及校验，具体方法是：该多智能体系统最差拓扑结构图为强连接有向图；判断是否符合编队参数设定条件，条件最差为强连接有向图，如果符合，进入步骤S3，不符合，返回步骤S2，重新设定；所述的基于未知控制方向的自适应编队控制算法，步骤S3中所述的控制参数设定及控制算法可行性判断，具体方法是：控制参数按照控制协议(2)设定：控制协议(2)中，t表示系统时间，其中xi(t)、ui(t)和bi分别为第i个智能体的状态量、控制输入和未知控制系数，ρi和分别表示未知向量和已知连续函数，N表示多智能体系统中智能体的个数；tanh(*)为双曲线正切函数，为实数，表示ρ的估计值，N0为一类Nussbaum-type函数，只需满足如下条件即可：sup(*),inf(*)分别表示上限和下限；控制算法可行性判断：判断控制协议是否符合条件：其中为实数，表示ρ的估计值，若控制协议符合条件，继续步骤S4，如果不存在，返回步骤S3，重新进行控制参数的设定。所述的基于未知控制方向的自适应编队控制算法，步骤S4中所述的按顺序求解控制参数，包括：步骤S41：求及对其求积分，步骤S42：求对采样时间内求积分，步骤S43:求pi(t)，对其导数求积分，步骤S44：求ui(t)，步骤S45：求xi(t)，对其导数求积分，所述的基于未知控制方向的自适应编队控制算法，步骤S5中所述的判断是否到达终止时间，具体是判断终止时间t≥t0，若到达，则结束程序，若还未到达，返回步骤S4。所述的基于未知控制方向的自适应编队控制算法，步骤S6中所述的多智能体系统的一致性判断，具体是：观察多智能体系统是否到达一致性，即xi,i∈N是否为同一值，若达到则算法成功。有益效果：本专利技术的创新性在于解决了多智能体系统编队时在未知控制方向的情况下的一致性问题，提高了多智能体系统的一致性编队性能，专利技术的一般性在于多智能体的网络拓扑最差为强联通图，即只要网络拓扑中任意两点可互达，算法就可以实现。设计的多智能体系统编队控制算法，有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。附图说明图1为算法流程图。图2为多智能体系统拓扑切换示意图，三幅图皆为有向图强连接拓扑图。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。实施例1：对于切换拓扑结构的多智能体系统编队，如图2，切换模式为Γ1→Γ2→Γ3→Γ1→…，算法步骤实施如下：步骤A：每个智能体系统参数设定。对于实施例1来说，多智能体系统包含4个智能体，每个考虑未知控制方向及不确定性的智能体动力学模型描述如下我们分别设定四个智能体的初始值xi(0),i＝1,2,3,4以及参数bi,ρi,i＝1,2,3,4。步骤B：是否符合参数设定条件bi≠0，如果符合，进入步骤C，不符合，返回步骤A，重新设定。步骤C：多智能体编队参数设定。切换时拓扑结构皆为强连接有向图步骤D:是否符合编队参数设定条件，条件最差为强连接有向图，如果符合，进入步骤D，不符合，返回步骤C，重新设定。步骤E：控制参数设定。并设定算法终止时间为t0。其中控制协议描述如下：δi(t)＝tanh(xi)+ei(t)其中，tanh(*)为双曲线正切函数，为实数，表示ρ的估计值。N0为一类Nussbaum-type函数，只需满足如下条件即可sup(*),inf(*)分别表示上限和下限。这里我们选取N0(p)＝p2sin(p)，然后设置所有初始值为0，再分别设置λj,j＝1,2,3步骤F：控制算法可行性判断，判断控制协议是否符合条件若控制协议符合条件，继续步骤G,如果不存在，返回步骤E,重新进行控制参数的设定。步骤G:求及对其求积分，步骤H：求对采样时间内求积分，步骤I:求pi(t),对其导数求积分，步骤J：求ui(t)，步骤K:求xi(t)，对其导数求积分，步骤L:判断是否到达终止时间，若到达，则结束程序，若还未到达，返回步骤G。步骤M:观察多智能体系统是否到达一致性，即xi,i∈N是否为同一值，若达到则算法成功。对于本领域技术人员而言，本专利技术不限于上述示范性实施例细节，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征情况下，能够以其他的具体形式实现本专利技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本专利技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内所有变化囊括在本专利技术内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于未知控制方向的自适应编队控制算法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤S1：一个多智能体系统包含N个智能体，对每个智能体进行参数设定及校验；步骤S2：对多智能体系统进行编队参数设定及校验；步骤S3：控制参数设定，并设定算法终止时间为t0，再进行控制算法可行性判断；步骤S4：按顺序求解控制参数；步骤S5：判断是否到达终止时间；步骤S6：多智能体系统的一致性判断。

【技术特征摘要】
1.一种基于未知控制方向的自适应编队控制算法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤S1：一个多智能体系统包含N个智能体，对每个智能体进行参数设定及校验；步骤S2：对多智能体系统进行编队参数设定及校验；步骤S3：控制参数设定，并设定算法终止时间为t0，再进行控制算法可行性判断；步骤S4：按顺序求解控制参数；步骤S5：判断是否到达终止时间；步骤S6：多智能体系统的一致性判断。2.根据权利要求1所述的基于未知控制方向的自适应编队控制算法，其特征在于，步骤S1中所述的参数设定及校验，具体方法是：步骤S11：参数设定按照如下模型设定：t表示系统时间，其中xi(t)、ui(t)和bi分别为第i个智能体的状态量、控制输入和未知控制系数，ρi和分别表示未知向量和已知连续函数，N表示多智能体系统中智能体的个数。步骤S12：判断第i个智能体的未知控制系数是否符合参数设定条件bi≠0，如果符合，进入步骤S2，不符合，返回步骤S11，重新设定。3.根据权利要求1所述的基于未知控制方向的自适应编队控制算法，其特征在于，步骤S2中所述的编队参数设定及校验，具体方法是：该多智能体系统最差拓扑结构图为强连接有向图；判断是否符合编队参数设定条件，条件最差为强连接有向图，如果符合，进入步骤S3，不符合，返回步骤S2，重新设定。4.根据权利要求1所述的基于未知控制方向的自适应编队控制算法，其特征在于，步骤S3中所述的控制参数设定及控制算法可行性判断，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆领，郑亚君，孙长银，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32