一种多智能体系统鲁棒仿射机动编队控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多智能体系统鲁棒仿射机动编队控制方法，在原有基于有向图多智能体系统仿射机动编队的基础上，增加了一个预设性能项，通过对多智能体系统的误差设定性能包络，从而控制误差收敛到零，有效解决了仿射编队算法的鲁棒性，增强了在现实工程应用中的实用性。用性。用性。

【技术实现步骤摘要】
一种多智能体系统鲁棒仿射机动编队控制方法


[0001]本专利技术涉及多智能体编队运动控制
，特别是一种多智能体系统鲁棒仿射机动编队控制方法。

技术介绍

[0002]多智能体系统被广泛应用于飞行器的编队、传感器网络、多机械臂协同装备等等实际生活中，也因此多智能体的分布式协同控制在近年来一直是一个很多人关注的研究热点。多智能体系统的编队控制任务分为两类，包括编队形状控制和编队机动控制。队形控制的目的是引导某些代理形成特定的几何形状。编队机动控制旨在驱动代理形成指定的几何形状，还要求控制整个编队，以便实现平移、缩放、旋转和其他运动。但是在实际应用中，不可避免的存在外部干扰，这就对编队算法的鲁棒性有了更高的要求。
[0003]早期，人们在讨论多智能体系统的一致性时，大多数都是在理想情况下研究的，也就是各智能体之间进行相互信息交流的同时不会受到外界不确定因素的影响。然而在实际的工程应用中，各智能体之间的信息交流和相互耦合的过程都会受到来自外界的各种不确定因素的影响。随着多智能体系统研究的不断深入，学者们更多的开始注重其应用的场景和对其细节的把握上，因此研究有外界干扰影响的多智能体系统一致性有一定的实际意义和研究价值。以上提到的研究话题，既是当前多智能体系统一致性问题的研究方向，同时也是机器人编队、无人机控制等实际工程应用的难点所在。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种多智能体系统鲁棒仿射机动编队控制方法，在传统仿射编队算法的基础上将多智能体系统中的每个智能体与期望编队形状的误差进行变换后的预设性能函数项引入到控制协议中，并且在满足不改变拓扑结构的前提下进一步融合两个函数，实现具有预设性能的多智能体系统的鲁棒仿射编队。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种多智能体系统鲁棒仿射机动编队控制方法，所述多智能体系统是在维平面中考虑一个包含个智能体的系统，其中，且，动力学模型如下所示：其中表示智能体的状态，表示控制输入,表示外部干扰。智能体之间使用单向通信传递智能体的状态信息，所述状态信息包含智能体的位置信息；定义前个智能体为领航者，而剩下个智能体为跟随者。领导者的子集为，跟随者的子集为。
[0006]所述编队方法包含以下步骤：步骤1)，基于各个智能体与其邻居智能体之间的相对位置偏差，在通常一致性协
议基础上附加带符号的Laplacian矩阵，得到多智能体系统的仿射编队算法项；步骤2)，在利用各个智能体与其期望编队的相对位置信息基础上，通过对编队系统的跟踪误差设定性能边界，得到多智能体系统的预设性能函数项；步骤3)，基于多智能体系统的仿射编队算法以及预设性能控制算法相结合，得到具有预设性能的多智能体系统鲁棒仿射编队算法；步骤4)，基于具有预设性能的多智能体系统鲁棒仿射编队算法对多智能体系统进行编队。
[0007]作为本专利技术具有预设性能的多智能体系统鲁棒仿射编队算法进一步的优化方案，步骤1)取消掉了原始多智能体系统的仿射编队算法中的速度匹配项；多智能体系统的仿射编队算法如下；其中i表示第i个智能体，且，即第i个智能体属于跟随者；是控制输入，，表示第i个智能体的内邻居集合，分别表示智能体i和j的状态；是符号拉普拉斯矩阵的一个元素，符号拉普拉斯矩阵的定义如下：式中是边上的正或负实权重。
[0008]作为本专利技术具有预设性能的多智能体系统鲁棒仿射编队算法进一步的优化方案，步骤2)中将预设性能控制算法根据有向图基础做了改进，选取合适的性能函数，误差变换函数，使之适应仿射编队算法，所述的多智能体预设性能函数项如下：所述的多智能体预设性能函数项如下：所述的多智能体预设性能函数项如下：其中为第i个智能体的控制增益，性能函数,其中、和a
i
为待设定的正常数；误差变换函数定义误差为为待设定的正常数；误差变换函数定义误差为，。
[0009]符号拉普拉斯矩阵也可如下表示：
稳定矩阵的定义如下：其中是使矩阵特征值位于右半复平面的对角矩阵。
[0010]作为本专利技术基具有预设性能的多智能体系统鲁棒仿射编队算法进一步的优化方案，步骤3)中所述的具有预设性能的多智能体系统鲁棒仿射编队算法如下：步骤3)中所述的具有预设性能的多智能体系统鲁棒仿射编队算法如下：步骤3)中所述的具有预设性能的多智能体系统鲁棒仿射编队算法如下：其中i表示第i个智能体，且；是控制输入，，表示第i个智能体的内邻居集合，分别表示智能体i和j的状态。
[0011]本专利技术采用技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：与现有多智能体系统仿射编队控制方法相比，本文所提具有预设性能的多智能体系统鲁棒仿射编队算法，能够促使多智能体系统的在受到外部干扰的情况下，仍可实现队形的变化，在原有仿射编队的基础上进一步实现多智能体系统的快速编队。本专利技术提出的具有预设性能的多智能体系统鲁棒仿射编队算法能满足现实工程对于编队控制的要求。
附图说明
[0012]图1为本专利技术实现步骤的流程框图；图2为本专利技术中使用的七个智能体构成的网络拓扑结构图；图3为本专利技术中使用的四个智能体系统在二维平面上的误差变化曲线图；图4为本专利技术中使用的平面上七个智能体系统运动轨迹图。
具体实施方式
[0013]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]本专利技术公开了一种多智能体系统鲁棒仿射机动编队控制方法，图1为本专利技术实现步骤的流程框图，具体如下：
步骤1：初始化，(1)首先设置期望队形，进而确定智能体之间的相对位置偏差，如图2给出了七个智能体的队形矩阵，进而计算得到智能体位置与期望编队之间的位置偏差。
[0015](2)其次需要设置领导者二维平面上沿X轴与Y轴运动所需的速度，合理规划领导者的速度使之可以实现队形的平移，旋转以及缩放。
[0016](3)最后需要设定智能体的起始位置，领导者的状态与期望相同，跟随者的初始状态与期望编队有偏差，为更好的检验本专利技术提出的编队控制方法的有效性，跟随者起始位置与期望队形的误差不大于。
[0017]步骤2：计算符号拉普拉斯矩阵以及稳定矩阵。
[0018]由上述的期望队形r，则非对角权重可由下式计算：即可得拉普拉斯矩阵。
[0019]稳定矩阵的定义如下：其中是使矩阵特征值位于右半复平面的对角矩阵。
[0020]步骤3：设计预设性能算法。
[0021]预设性能部分主要是对多智能体系统的误差设定性能包络，在这里假设系统的初始误差小于1。通过设定误差变换函数将系统的误差转换为随着误差的增加而增加的单调函数。
[0022][0022][0022]其中为第i个智能体的控制增益，性能函数,其中、和a
i
为待设定的正常数；误本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多智能体系统鲁棒仿射机动编队控制方法，所述多智能体系统是在维平面中考虑一个包含个智能体的系统，其中，且，动力学模型如下所示：其中表示智能体的状态，表示控制输入,表示外部干扰。智能体之间使用单向通信传递智能体的状态信息，所述状态信息包含智能体的位置信息；定义前个智能体为领航者，而剩下个智能体为跟随者。领导者的子集为，跟随者的子集为；其特征在于，所述编队方法包含以下步骤：步骤1)，基于各个智能体与其邻居智能体之间的相对位置偏差，在通常一致性协议基础上附加带符号的Laplacian矩阵，得到多智能体系统的仿射编队算法项；步骤2)，在利用各个智能体与其期望编队的相对位置信息基础上，通过对编队系统的跟踪误差设定性能边界，得到多智能体系统的预设性能算法项；步骤3)，基于多智能体系统的仿射编队算法以及预设性能控制算法相结合，得到具有预设性能的多智能体系统鲁棒仿射编队算法；步骤4)，基于具有预设性能的多智能体系统鲁棒仿射编队算法对多智能体系统进行编队。2.根据权利要求1所述的一种多智能体系统鲁棒仿射机动编队控制方法，其特征在于，所述步骤1)在多智能体仿射编队算法的基础上中取消掉了算法中的速度匹配项；多智能体系统的仿射编队算法项如下；；其中表示控制输...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，马戥军，李孟委，刘鹏，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：