本发明专利技术公开了一种领导跟随二阶多智能体系统有限时间一致性跟踪控制方法，该方法基于有限时间收敛理论设计有限时间双幂次滑模干扰观测器来实时估计系统的等效干扰并进行动态补偿，设计有限时间快速反正切跟踪微分器求取领导者加速度信号，结合滑模控制设计有限时间一致性跟踪控制器，保证系统在有限时间内实现稳定控制，有限时间双幂次滑模干扰观测器不同于传统干扰观测器的地方在于它引入了有限时间收敛理论和滑模控制理论，使得干扰的估计误差在有限时间内收敛到0，提高了干扰的估计精度和补偿效率，基于有限时间快速反正切跟踪微分器，结合了有限时间收敛理论和滑模控制优点的一致性跟踪控制器，保证了系统在有限时间内跟踪误差收敛于0。内跟踪误差收敛于0。内跟踪误差收敛于0。
【技术实现步骤摘要】
领导跟随二阶多智能体系统有限时间一致性跟踪控制方法
[0001]本专利技术属于领导跟随二阶多智能体系统有限时间一致性跟踪控制范畴，涉及二阶多智能体系统的干扰估计和补偿方法、领导者加速度信息获取方法和一致性跟踪控制策略的改进和创新。针对系统存在的通信和输入误差等不确定干扰，基于快速获取领导者的加速度信息，设计一致性跟踪控制器，从而提高多智能体系统实现快速平稳一致性跟踪的技术。
技术介绍
[0002]随着人工智能的发展以及通讯技术、计算机技术的日益成熟，多智能体系统协同控制以其更强的高效性、鲁棒性和经济性等优点，被广泛应用在无人机编队控制、空间微信通信、分布式计算等方面。基于领导跟随思想的多智能体系统目标跟踪技术成为较为简单实用的研究热点之一。
[0003]在领导跟随二阶多智能体系统中，跟随者要实现对领导者的跟踪，则需要跟随者相互之间和跟随者与领导者之间位置偏差、速度偏差都为零。在跟踪领导者时，由于相对速度时大时小，造成跟随者与领导者之间相对位置时近时远，从而造成跟踪能力的下降。因此，稳定跟踪是提高领导跟随二阶多智能体系统跟踪性能的重要因素。由于跟随者之间相对状态的突增或骤减，造成跟随者发生碰撞，造成系统整体一致性能力的下降，因此，平稳一致性是保证领导跟随二阶多智能体系统跟踪性能的又一重要因素。
[0004]在领导跟随二阶多智能体系统一致性跟踪控制中，影响系统性能的不确定性因素主要有两个来源，一是整体外部环境给系统带来的干扰，包括通信干扰和信息传输误差等；二是节点内部动力学系统的不确定性干扰因素，包括摩擦、系统参数的不确定及高频未建动态等。扰动是一种时变的、非线性的、具有不确定性的自然现象，对于执行高精度复杂任务的系统，造成系统性能的降低，使系统响应出现爬行、振荡或稳态误差，并影响系统低速性能、小信号跟踪性能和速度平稳度的提升。在实际控制系统中，要提高系统的控制性能和鲁棒性，必须考虑对干扰进行估计和补偿方法的研究。
[0005]在研究多智能体系统一致性跟踪控制中，结合领导跟随思想，将控制问题进行简化处理。但是，现有的很多一致性跟踪控制方法，都是假设系统中领导者运动状态是线性的或加速度信息已知，较为理想化。因此，在领导者运动状态非线性或加速度未知时，传统的一致性跟踪控制方法难以获得理想的控制效果。获取领导者加速度信息可以更加直接有效的实现系统的快速收敛性。如何设计获取领导者加速度信息和一致性跟踪控制方法，成为提高系统性能的关键问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是：针对领导跟随二阶多智能体系统受到干扰的情况，设计有限时间双幂次滑模干扰观测器，增强二阶多智能体系统的抗干扰能力和鲁棒性，提高跟随者跟踪领导者的平稳性能；为直接获取领导者的控制输入信息，设计有限时间快速反正切跟踪
微分器，快速估计出领导者的信息；结合有限时间收敛的滑模控制器，设计有限时间一致性跟踪控制器，实现跟随者对领导者的一致性跟踪控制。
[0007]一种领导跟随二阶多智能体系统有限时间一致性跟踪控制方法，该方法针对受到干扰的二阶多智能体系统，结合有限时间收敛的理论，设计一种新型的快速滑模干扰观测器，即有限时间双幂次滑模干扰观测器，实现鲁棒稳定控制，保证干扰在有限时间内得到准确估计和补偿。将多智能体系统中整体受到通信、输入信息误差和节点内部动力系统建模误差等不确定干扰等效为每个节点所受干扰的总和。考虑到系统所受的等效扰动不是常值，而是随时间变化的，因此针对等效干扰设计有限时间双幂次滑模干扰观测器，以实时估计总扰动并补偿。有限时间双幂次滑模干扰观测器通过获取控制量和实测速度信息，输出信号为等效扰动的估计值。等效扰动的估计值以负反馈的方式作为控制器的输入部分，共同形成一致性跟踪控制策略。领导者加速度信息的估计方法采用基于有限时间快速反正切跟踪微分器，有限时间快速反正切跟踪微分器能快速获取速度估计值的微分信号，直接参与一致性跟踪控制。与领导者存在拓扑连接关系的智能体，即跟随者存在来自领导者的信息输入指令，通过有限时间快速反正切跟踪微分器获取领导者的加速度信息，实现跟随者对领导者的更直接快速地跟踪。有限时间一致性跟踪控制器采用基于有限时间收敛思想的滑模控制器，该有限时间一致性跟踪控制器保证了在有限时间内系统跟踪误差收敛于0。这样构成的控制系统，不但将等效扰动给领导跟随二阶多智能体系统带来的负面影响实时地抵消，而且有利于系统性能的提升。
[0008]本专利技术的优点是：可以增强领导跟随二阶多智能体系统的抗干扰能力和鲁棒性，提高领导跟随二阶多智能体系统跟踪时的速度灵敏性和平稳性，保证了跟随者平稳快速地一致性跟踪控制，算法简单，计算量小，易于实施，适用于实时控制。
附图说明
[0009]图1是本专利技术一致性跟踪控制器的位置跟踪曲线图。
[0010]图2是位置误差曲线图。
[0011]图3是速度跟踪曲线图。
[0012]图4是速度跟踪误差曲线图。
[0013]图5是有限时间干扰观测器干扰估计误差曲线图。
[0014]图6是有限时间快速反正切跟踪微分器跟踪曲线图。
[0015]图7是有限时间快速反正切跟踪微分器跟踪误差曲线图。
具体实施方式
[0016]请参考图1-7，本申请设计了一种领导跟随二阶多智能体系统有限时间一致性跟踪控制方法，该方法针对受到干扰的二阶多智能体系统，结合有限时间收敛的理论，设计一种新型的快速滑模干扰观测器，即有限时间双幂次滑模干扰观测器，实现鲁棒稳定控制，保证干扰在有限时间内得到准确估计和补偿，其中，有限时间双幂次滑模干扰观测器设计过程如下：(1)具有1个领导者和n个跟随者的二阶多智能体系统，领导者的动力学模型可以描述为：
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(1)其中，为领导者的位置信息、为领导者的速度信息和领导者的控制输入。
[0017]第个动态跟随者的动力学模型为可以描述为：
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(2)其中，为跟随者的位置信息、跟随者的速度信息、跟随者的控制输入，为跟随者的所受干扰。
[0018](2)选择有限时间超螺旋滑模观测器为： (3)其中，，为扰动的估计值，表示符号函数。
[0019]定义观测误差为： (4)选择滑动模态：
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(5)其中，。
[0020](3)针对领导跟随模型，设计有限时间双幂次滑模干扰观测器，如下式所示： (6)其中，，为扰动的上限，。
[0021]在有限时间内，双幂次滑模干扰观测器可以快速估计出系统的干扰。
[0022]ꢀꢀ
(7)将多智能体系统中整体受到通信、输入信息误差和节点内部动力系统建模误差等不确定干扰等效为每个节点所受干扰的总和；考虑到系统所受的等效扰动不是常值，而是随时间变化的，因此针对等效干扰设计有限时间双幂次滑模干扰观测器，以实时估计总扰动并补偿。有限时间双幂次滑模干扰观测器通过获取控制量和实测速度信息，输出信号为等效扰动的估计值。等效扰动的估本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种领导跟随二阶多智能体系统有限时间一致性跟踪控制方法，其特征在于：该控制策略在基于有限时间收敛理论下，设计有限时间双幂次滑模干扰观测器，用来估计多智能体系统中的等效扰动；其中等效扰动包括通信干扰、输入信息误差和节点内部动力系统建模误差不确定干扰；该控制策略设计有限时间快速反正切跟踪微分器，用来估计领导者的加速度信息，基于有限时间收敛理论下，有限时间快速反正切跟踪微分器直接参与控制器设计，加速控制器收敛速度；该控制策略基于有限时间快速反正切跟踪微分器，结合位置、速度信息设计有限时间一致性跟踪控制器；该控制器引入滑模控制和有限时候收敛思想的优点，保证系统在有限时间内实现稳定控制，提高了系统的控制性能。2.根据权利要求1所述的领导跟随二阶多智能体系统有限时间一致性跟踪控制方法，其特征在于，所述有限时间双幂次滑模干扰观测器的设计过程如下：(1)具有1个领导者和n个跟随者的二阶多智能体系统，领导者的动力学模型可以描述为：
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(1)其中，为领导者的位置信息、为领导者的速度信息和领导者的控制输入，第个动态跟随者的动力学模型为可以描述为：
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(2)其中，为跟随者的位置信息、跟随者的速度信息、跟随者的控制输入，为跟随者的所受干扰；(2)选择有限时间超螺旋滑模观测器为： (3)其中，，为扰动的估计值，表示符号函数；定义观测误差为： (4)选择滑动模态：
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(5)其中，(3)针对领导跟随模型，设计有限时间双幂次滑模干扰观测器，如下式所示： (6)其中，，为扰动的上限，，
在有限时间内，双幂次滑模干扰观测器可以快速估计出系统的干扰，
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【专利技术属性】
技术研发人员：任彦，解东，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：
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