一种二阶多智能体系统预定时间一致性跟踪控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种二阶多智能体系统预定时间一致性跟踪控制方法，涉及多智能体系协同控制技术领域，本发明专利技术提出了一种二阶分布式观测器，实现对每个跟随者在预定时间内跟踪误差的估计；其次，构建了一种新的非奇异滑模面，以保证系统状态在预定时间内沿滑模面收敛；最后，设计了一种基于终端滑模的一致性控制协议以克服奇异性问题，并且在预定时间内通过局部信息交换来实现领导跟随一致性。通过理论分析证明了跟随者的状态可以在预定时间内实现对领导者轨迹的跟踪，此外，多智能体系统预定时间控制可通过调整预定时间参数以满足期望的收敛时间要求，相比于有限时间和固定时间一致性控制更加符合实际应用的需求。性控制更加符合实际应用的需求。性控制更加符合实际应用的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种二阶多智能体系统预定时间一致性跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及多智能体系协同控制
，具体为一种二阶多智能体系统预定时间一致性跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，多智能体系统(Multi Agent System，MAS)的分布式协同控制在卫星编队、多导弹协同攻击问题、数据融合问题、多车辆协同控制等领域受到广泛的关注；多智能体系统的分布式协同控制是受到群集现象的启发，利用群智能体智能解决复杂性问题，完成单个智能体所不能完成的大规模复杂的特定任务，并且具有更强的鲁棒性和容错性。而一致性问题是多智能体协同控制中的一个基本问题，其控制目标为基于邻居的局部信息促使各智能体成员状态达成一致。
[0003]收敛速率是衡量多智能体系统一致性控制协议优劣的一个重要性能指标。早期关于多智能体系统一致性问题的研究主要集中在渐近一致性上，即系统状态可以在时间趋向于无穷大时达成一致性。与渐近一致性相比，有限时间一致性可以提供更快的收敛速度和更高的控制精度，并且明确给出了稳定时间的上界估计。该控制策略的缺点为估计的稳定时间上界严重依赖于初始条件和相关参数，从而限制了其在无法事先获取系统初始状态时的适用性。固定时间控制理论是俄罗斯科学院于2012年首次提出的，其在保证系统状态具有快速收敛性能的同时，还能事先明确给出独立于系统初始条件的收敛时间上界，从而成为近年来研究的热点。在不同的系统状态初值下，可以得到固定时间收敛上界的一致性估计。
[0004]虽然与有限时间控制相比，固定时间在系统稳定时间上界的获取上有显著优势，但是依旧存在两个缺点：首先，通过李雅普诺夫稳定性分析确定的收敛时间上界非常保守，如果估计时间远大于实际稳定时间，则通过控制策略计算出系统收敛时间的估计上界没有实际意义。其次，固定时间一致性很难获取稳定时间上界和控制参数之间合适且明确的关系，从而在实际应用中，根据给定的收敛时间上界来调整控制参数是非常具有挑战性的；针对上述问题，S
á
nchez
‑
Torres提出了一种预定时间控制概念，其为被控系统提供了一种更先进的稳定性特征，即预定时间控制的稳定时间上界是一个可以事先定义的显式参数，从而为被控系统提供高度的确定性，具有领航者的情形，将预定时间控制和滑模控制相结合提高了一阶控制系统的鲁棒性，利用滤波误差设计了分布式预定时间控制器，并将其拓展到二阶控制系统。设计了一种新的终端滑模面以保证预定时间内系统沿滑模面收敛，同时，设计了终端滑模控制器来实现多智能体系统预定时间包含控制。综上可知，国内外针对二阶多智能体系统预定时间一致性问题的研究还处于起步阶段，如何解决预定时间观测问题和控制方案奇异性问题是目前值得探究的课题，基于此，本专利技术设计了一种二阶多智能体系统预定时间一致性跟踪控制方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种二阶多智能体系统预定时间一致性跟踪控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种二阶多智能体系统预定时间一致性跟踪控制方法，包括如下步骤：
[0007]S1：为每一个跟随者设计二阶分布式观测器；
[0008]S2：构建了一种新的非奇异滑模面，以保证系统状态在预定时间内沿滑模面收敛；
[0009]S3：为第i个跟随智能体设计预定时间一致性跟踪控制协议；
[0010]S4：将预定时间滑膜控制器和分布式预定时间观测器部署到第i个跟随者中，使得所有跟随者的状态能够在预定时间2T
b
+T
c
+T
d
内跟踪上领导的轨迹，既对任意时刻t≥2T
b
+T
c
+T
d
，均有χ
i
(t)＝χ0(t),ν
i
(t)＝ν0(t)成立。
[0011]优选的，由一个领导者和N个跟随者组成的多智能体系统，其智能体之间的通信拓扑由图来描述。定义第i个跟随者的动力学描述为：
[0012][0013]其中：x
i
(t)∈R
N
和v
i
(t)∈R
N
分别是第i个跟随者的位置和速度；u
i
(t)∈R
N
和d
i
(t)∈R
N
是第i个跟随者的控制输入和未知外部扰动。
[0014]领导者的动力学描述为：
[0015][0016]其中：x0(t)∈R
N
和v0(t)∈R
N
分别是领导者的位置和速度；u0(t)∈R
N
是领导者的控制输入。
[0017]优选的，二阶分布式观测器表述为：
[0018][0019][0020]其中：ξ
i
，η
i
(i＝1,2,
···
,N)分别为第i个跟随者对领导者的位置和速度跟踪误差的估计，且ξ0＝0，η0＝0；α，β，γ分别为定义的正常数且满足0＜α＜1，β＞1；γ1，分别为满足别为满足的正常数；T
b
为预定时间常数。
[0021]优选的，第i个跟随者的一致性跟踪位置误差e
xi
和速度误差e
vi
分别定义为e
xi
＝x
i
‑
x0和e
vi
＝v
i
‑
v0，对其求导可得：
[0022][0023]改写为成向量形式：
[0024]e
x
＝v
‑
v
i
＝e
v
[0025][0026]其中：
[0027]设计第i个跟随者的预定时间非奇异滑模面s
i
如式：
[0028][0029]其中：μ1，μ2分别为正常数且满足μ2＞1；γ2，分别为满足分别为满足的正常数；为了使滑模面s
i
及其导数在切换点|e
xi
|＝ε上连续，控制增益l1和l2分别选取为
ε
为定义的小正常数；T
c
为滑动阶段的预定时间常数。当时，通过将滑动面从终端滑模面切换到一般滑模面来克服奇异性问题。此外，选择合适的参数μ1和μ2也有助于避免奇异性问题。
[0030]优选的，预定时间一致性跟踪控制协议表述为：
[0031][0032]其中：p，q，k为正常数且满足0＜p＜1，q＞1；γ3，分别为满足的正常数；T
c
为到达阶段的预定时间常数。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过提出了一种基于滑模技术的预定时间控制方案解决针对具有未知外部扰动的二阶多智能体系统一致性跟踪问题，与现有的有限时间一致性协议相比，本专利技术提出的控制协议的稳定时间上界与初始状态无关且仅依赖于可调参数，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二阶多智能体系统预定时间一致性跟踪控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：为每一个跟随者设计二阶分布式观测器；S2：构建了一种新的非奇异滑模面，以保证系统状态在预定时间内沿滑模面收敛；S3：为第i个跟随智能体设计预定时间一致性跟踪控制协议；S4：将预定时间滑膜控制器和分布式预定时间观测器部署到第i个跟随者中，使得所有跟随者的状态能够在预定时间2T
b
+T
c
+T
d
内跟踪上领导的轨迹，既对任意时刻t≥2T
b
+T
c
+T
d
，均有χ
i
(t)＝χ0(t),ν
i
(t)＝ν0(t)成立。2.如权利要求1所述的一种二阶多智能体系统预定时间一致性跟踪控制方法，其特征在于：由一个领导者和N个跟随者组成的多智能体系统，其智能体之间的通信拓扑由图来描述。定义第i个跟随者的动力学描述为：其中：x
i
(t)∈R
N
和v
i
(t)∈R
N
分别是第i个跟随者的位置和速度；u
i
(t)∈R
N
和d
i
(t)∈R
N
是第i个跟随者的控制输入和未知外部扰动。领导者的动力学描述为：其中：x0(t)∈R
N
和v0(t)∈R
N
分别是领导者的位置和速度；u0(t)∈R
N
是领导者的控制输入。3.如权利要求1所述的一种二阶多智能体系统预定时间一致性跟踪控制方法，其特征在于：二阶分布式观测器表述为：为：其中：ξ
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅宏，马小陆，谭毅波，代兴杨，龚京民，
申请(专利权)人：梅宏，
类型：发明
国别省市：