一种基于能量差异的多机器人分布式最优协同控制算法制造技术

本发明专利技术涉及一种基于能量差异的多机器人分布式最优协同控制算法，所述方法包括以下步骤：步骤A：创建多机器人动力学模型，并对多机器人系统构造终端固定的有限时间输出调节优化问题；步骤B：求解步骤A中的优化问题，获得多机器人系统有限时间最优协同控制策略；步骤C：设计有限时间分布式次优协同控制策略，步骤D：构造分布式次优控制器性能评价指标；步骤E：利用步骤D中性能评价指标，设计分布式次优控制器优化算法，获得能量消耗与通信成本更低的分布式控制策略。该方法实现多机器人系统高效节能的控制目标，为实际多机器人系统分布式控制器设计，在能量消耗与通信成本间的平衡提供理论依据。论依据。论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量差异的多机器人分布式最优协同控制算法


[0001]本专利技术涉及一种控制算法，具体涉及一种基于能量差异的多机器人分布式最优协同控制 算法，应用于自主无人系统


技术介绍

[0002]近些年，随着传感器测量以及无线通信技术的快速发展使得机器人技术获得了飞跃式地 发展。其中，多机器人系统展现出的高效率、低成本以及稳定性使得其相较于单机器人系统 获得更为广泛地应用，例如多机器人编队，大规模无人机飞行控制等。多机器人分布式协同 控制的关键在于利用机器人之间的局部交互，克服环境障碍，完成复杂环境下的协同任务。 比如在森林大火救援中，多机器人系统在协同救援过程中，不仅需要考虑外部环境对通信连 通性的影响，还应对整个系统的续航能力有特殊要求。由于多机器人系统大都采用Lipo锂电， 续航时间有限，因此，研究如何以最小能量实现多机器人的分布式协同控制，从而尽可能地 延长多机器人系统的续航时间具有着重要的实际意义。但是现有技术存在以下问题:
[0003]现有技术缺点
①
：多机器人系统的全局最优控制，要求控制器是集中式的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于能量差异的多机器人分布式最优协同控制算法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤A：创建多机器人动力学模型与有限时间协同控制优化问题，即创建多机器人动力学模型，并对多机器人系统构造终端固定的有限时间输出调节优化问题；步骤B：求解步骤A中的优化问题，获得多机器人系统有限时间最优控制策略与具体约束条件；步骤C：设计有限时间分布式次优协同控制策略，利用步骤B中的时变控制增益设计分布式次优控制器，并在分布式通信拓扑下验证该次优控制器在任意指定时间内收敛；步骤D：构造分布式次优控制器性能评价指标；步骤E：利用步骤D中性能评价指标，设计分布式次优控制器优化算法，获得能量消耗与通信成本更低的分布式控制策略。2.根据权利要求1所述的基于能量差异的多机器人分布式最优协同控制算法，其特征在于，其中步骤A中所述的创建多机器人动力学模型与有限时间协同控制优化问题，具体步骤如下：步骤A1：多机器人系统包含S(S≥3)个同构移动机器人，每个机器人的动力学方程描述如下：其中A是系统矩阵，B是控制矩阵，C为输出矩阵且满足行满秩，x
i
∈R
n
，t
f
是终端时刻。3.根据权利要求2所述的基于能量差异的多机器人分布式最优协同控制算法，其特征在于，步骤B:针对(1)中多机器人系统构造有限时间收敛且终端固定的最小能量协同控制优化问题其中Y(t
f
)＝0是终端约束条件，注意，的零空间属于同步空间，由此得出当输出Y(t)在终端时刻t
f
等于零时，说明多机器人系统能够最小能量实现了协同，具体求解步骤如下:步骤B1:构造Hamiltonian函数其中步骤B2:协态方程，
进而可以解得步骤B3：平稳条件,可得最优解步骤B4：边界条件,由可得dt
f
＝0且dX(t
f
)∈Ker(C),这样利用边界条件公式可得其中μ待定,步骤B5：求解状态方程X(t),将式(6)代入到(1)并求解可得步骤B6：求解拉格朗日乘子λ(t),取t＝t
f
，可得其中进而有将(8)式代入到(5)式可得步骤B7：求解最优控制器闭环形式,将(9)代入到(6)可得最优控制器,利用动态规划思想在最优轨迹X
*
(t)找到在开环最优控制器U
*
(t)的等价闭环控制器其中进而可得，步骤B8：最优控制器的最小能量为,步骤B9：最优通信拓扑具体约束,
将代入(10)式...

【专利技术属性】
技术研发人员：任璐，刘剑，赵冬，黄大荣，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：