高阶非线性异构多智能体一致性控制器设计方法及设备技术

本发明专利技术涉及一种高阶非线性异构多智能体一致性控制器设计方法及设备，所述方法包括以下步骤：构建非线性异构多智能体系统的一般动力学方程，所述非线性异构多智能体系统包括一个领导者和N个跟随者，所述领导者和跟随者及不同跟随者间按照一定通讯图进行通讯；设计分布式自适应调整观测器；结合纯分散式控制器及所述分布式自适应调整观测器，构建分布式控制器，以使所述多智能体系统的解存在并且满足与现有技术相比，本发明专利技术能够解决非线性异构多智能体间通信障碍的问题以及领导者系统与跟随者系统维数不一致无法直接运算的问题，为高阶非线性异构多智能体一致性控制提供了重要的技术支撑。体一致性控制提供了重要的技术支撑。体一致性控制提供了重要的技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
高阶非线性异构多智能体一致性控制器设计方法及设备


[0001]本专利技术属于分布式控制领域，尤其是涉及一种高阶非线性异构多智能体一致性控制器设计方法及设备。

技术介绍

[0002]多智能体系统控制具有研究意义的地方在于控制器必须满足通信约束。一种满足通信约束的控制器称为分布式控制器。分布式观测器是设计分布式控制器的关键技术，它是一种分布式动态补偿器，利用自身和邻居信息建模，能够向各个跟随者提供领导者信号的估计。
[0003]在“The adaptive distributed observer approach to the cooperative output regulation of linear multi
‑
agent systems”(Cai He et al.Automatica 75(2017)：299
‑
305)中针对线性多智能体，提出一种自适应分布式观测器，该观测器要求作为领导者邻居节点的跟随者知道领导者的系统矩阵，观测器的增益这个关键参数需要通过复杂的线下计算才能得到，并且当领导者系统不是由系统矩阵生成时，该观测器将无法使用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高阶非线性异构多智能体一致性控制器设计方法，避免了线下计算观测器增益，有效解决非线性异构多智能体间通信障碍的问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种高阶非线性异构多智能体一致性控制器设计方法，包括以下步骤：
[0007]构建非线性异构多智能体系统的一般动力学方程，所述非线性异构多智能体系统包括一个领导者和N个跟随者，所述领导者和跟随者及不同跟随者间按照一定通讯图进行通讯；
[0008]设计分布式自适应调整观测器，其动力学方程为：
[0009][0010]其中，η
i
为与第i个跟随者对应的观测器信号，为与第i个跟随者对应的观测器信号，是一阶连续可导函数，ρ
i
(
·
)≥1并且是非递减，γ
ij
为观测器增益，a
ij
为由通讯图决定的邻接矩阵中的元素；
[0011]结合纯分散式控制器及所述分布式自适应调整观测器，构建分布式控制器，以使所述多智能体系统的解存在并且满足所构建的分布式控制器表示为：
[0012]u
i
＝k
i
(x
i
，η
i
)
[0013]其中，k
i
(
·
)全局定义的充分平滑的原点处为0的函数，分别是第i个跟随者的状态量和控制输入。
[0014]进一步地，所述跟随者的系统运动学方程为：
[0015]y
i
＝h
i
(x
i
，u
i
，v)，e
i
＝y
i
‑
a(v)，i＝1，...，N
[0016]其中，分别是第i个跟随者的测量输出和误差输出，是领导者信号，f
i
(
·
)、h
i
(
·
)是全局定义的充分平滑的在空间原点处为0的函数，a(
·
)是全局定义的充分平滑的在空间原点处为0的函数。
[0017]进一步地，所述领导者信号v由以下形式的非线性自治系统生成：
[0018][0019]其中，是领导系统的输出，g(
·
)是全局定义的充分平滑的在空间原点处为0的函数。
[0020]进一步地，通过领导者系统维数转换函数将领导者系统维数转换到与跟随者系统一致，所述领导者系统维数转换函数表示为：
[0021][0022]其中，r为常数且r≥2。
[0023]进一步地，所述观测器增益γ
ij
通过以动力学方程产生：
[0024][0025]其中，k
ij
为常数，，对于i，j＝1，...，N，k
ij
＝k
ji
＞0，k
i0
＞0，i＝1，...，N。
[0026]进一步地，领导者与跟随者之间的通讯图为包含以领导节点为根的有向生成树，跟随者节点形成的子通讯图为无向图。
[0027]进一步地，所述跟随者的系统运动学方程表示采用二阶单摆形式。
[0028]进一步地，所述由通讯图决定的邻接矩阵中的元素a
ij
的值通过以下方式确定：
[0029]对于i＝1，
…
，N，j＝0，1，
…
，N，a
ii
＝0，若则a
ij
＝1，否则a
ij
＝0，其中表示由通讯图中的节点组成的边集。
[0030]本专利技术还提供一种电子设备，包括：
[0031]一个或多个处理器；
[0032]存储器；和
[0033]被存储在存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述一致性控制器设计方法的指令。
[0034]本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述一致性控制器设计方法的指令。
[0035]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0036]1、本专利技术设计的自适应分布式观测器，能够在线地调整观测器增益使得观测器信
号渐近地跟踪非线性的领导者信号，避免了线下计算观测器增益，且该自适应分布式观测器适用于一般的非线性异构多智能体系统
[0037]2、本专利技术根据提出的确定性等价控制器，将纯分散式控制结合分布式观测器组合形成分布式控制器，解决了非线性异构多智能体间通信障碍的问题。
[0038]3、本专利技术设计领导者系统维数转换函数，将领导者系统维数转换到与跟随者系统一致，解决了领导者系统与跟随者系统维数不一致无法直接运算的问题。
附图说明
[0039]图1为本专利技术高阶非线性异构多智能体一致性控制器设计流程示意图；
[0040]图2为本专利技术领导者与跟随者通讯图，其中，图中节点0为领导者，图中节点1
‑
4为跟随者；
[0041]图3为观测器信号与领导者信号之间误差η
1i
‑
v1的仿真示意图；
[0042]图4为观测器信号与领导者信号之间误差η
2i
‑
v2的仿真示意图；
[0043]图5为自适应增益γ
ij
的仿真示意图；
[0044]图6为跟随者与领导者之间的跟踪误差e
1i
的仿真示意图，其中e
1i
＝x
1i
‑
v1；
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高阶非线性异构多智能体一致性控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：构建非线性异构多智能体系统的一般动力学方程，所述非线性异构多智能体系统包括一个领导者和N个跟随者，所述领导者和跟随者及不同跟随者间按照一定通讯图进行通讯；设计分布式自适应调整观测器，其动力学方程为：其中，η
i
为与第i个跟随者对应的观测器信号，为与第i个跟随者对应的观测器信号，是一阶连续可导函数，ρ
i
(
·
)≥1并且是非递减，γ
ij
为观测器增益，a
ij
为由通讯图决定的邻接矩阵中的元素；结合纯分散式控制器及所述分布式自适应调整观测器，构建分布式控制器，以使所述多智能体系统的解存在并且满足所构建的分布式控制器表示为：u
i
＝k
i
(x
i
，η
i
)其中，k
i
(
·
)全局定义的充分平滑的原点处为0的函数，分别是第i个跟随者的状态量和控制输入。2.根据权利要求1所述的高阶非线性异构多智能体一致性控制器设计方法，其特征在于，所述跟随者的系统运动学方程为：y
i
＝h
i
(x
i
，u
i
，v)，e
i
＝y
i
‑
a(v)，i＝1，...，N其中，分别是第i个跟随者的测量输出和误差输出，是领导者信号，f
i
(
·
)、h
i
(
·
)是全局定义的充分平滑的在空间原点处为0的函数，a(
·
)是全局定义的充分平滑的在空间原点处为0的函数。3.根据权利要求2所述的高阶非线性异构多智能体一致性控制器设计方法，其特征在于，所述领导者信号v由以下形式的非线性自治系统生成：其中，是...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾容榕，董怡，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：