一种基于事件触发脉冲控制的智能无人集群系统一致性编队控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于事件触发脉冲控制的智能无人集群系统一致性编队控制方法，包括：建立N架无人航行器之间的通信网络；根据通信网络获取领导者的状态信息、无人航行器与其邻居无人航行器的状态信息计算无人航行器的脉冲振幅；根据无人航行器的脉冲振幅计算无人航行器的事件触发函数；根据无人航行器的脉冲振幅和事件触发函数构建无人集群系统的事件触发脉冲控制协议；获取无人集群的编队并利用无人集群系统的事件触发脉冲控制协议初始化一致性控制器建立无人集群系统的动力学模型；并通过一致性控制器更新无人航行器的状态，使N架无人航行器达到预设的编队；本发明专利技术能够减少通信资源浪费；完成期望的编队形状。完成期望的编队形状。完成期望的编队形状。

【技术实现步骤摘要】
一种基于事件触发脉冲控制的智能无人集群系统一致性编队控制方法


[0001]本专利技术涉及智能无人集群系统控制领域，具体涉及一种基于事件触发脉冲控制的智能无人集群系统一致性编队控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，智能无人集群系统的一致性问题在多方研究领域引起了广泛关注。如在攻击之下的智能无人集群系统安全一致性问题,智能电网中的经济调度问题,优化一致性问题等等。智能无人集群系统的目标是让若干个具备简单智能但便于管理控制的系统能通过相互协作完成复杂的任务，使得在降低系统建模复杂性的同时，提高系统的鲁棒性、可靠性、灵活性。
[0003]而在智能无人集群领域，编队控制要求所有智能体收敛到满足一个编队队形的不同值，所谓编队，就是一组智能体，可能是无人机，无人艇，也可能是无人车，他们形成一个预期的队形，利用编队通常可以完成许多复杂环境下的任务，如范围探索，数据采集，抢险救灾，飞行表演等等。
[0004]当前无人机编队控制多采用集中式架构控制方法。集中式控制架构需要设置一个控制中心，该中心掌控全局状态信息，负责控制算法解算与指令生成，并通过通信链路向成员无人机发送指令。成员无人机响应控制中心的指令，实现编队形成、保持、变换等控制功能。控制中心可设置在地面，也可搭载于编队无人机中。集中式控制架构能够从全局上对无人机编队控制问题进行处理，目前广泛用于各类无人机编队控制应用中。
[0005]然而，集中式架构的编队控制方法很难适用于信号干扰，环境复杂多变的任务场景中。其主要制约因素有以下两个方面：
[0006]问题1：集中式架构的编队控制方法需要大量的信息交互，在交互中容易产生冲突，计算量大，造成计算资源的浪费，对机载计算机的性能要求较高，系统和控制算法复杂，因此机载设备需要搭配的计算资源较高，提高了生产运行成本。
[0007]问题2：安全性低，一旦主控中心发生故障，编队中的其他个体将失去信息来源，导致编队失败。

技术实现思路

[0008]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种基于事件触发脉冲控制的智能无人集群系统一致性编队控制方法，包括以下步骤：
[0009]S1：建立N架无人航行器之间的通信网络，该通信网络的拓扑为一个以领导者为根节点的有向生成树；
[0010]S2：根据通信网络获取领导者的状态信息、无人航行器与其邻居无人航行器的状态信息计算无人航行器的脉冲振幅；
[0011]S3：根据当前时刻无人航行器的脉冲振幅和上一次事件触发时无人航行器的脉冲
振幅计算无人航行器的事件触发函数；
[0012]S4：根据无人航行器的脉冲振幅和事件触发函数构建无人集群系统的事件触发脉冲控制协议；
[0013]S5：获取无人集群的编队并利用无人集群系统的事件触发脉冲控制协议初始化一致性控制器建立无人集群系统的动力学模型；并通过一致性控制器更新无人航行器的状态，使N架无人航行器达到预设的编队。
[0014]本专利技术至少具有以下有益效果：
[0015]本专利技术使用了脉冲触发控制与事件触发控制相结合，使本专利技术中智能体的脉冲瞬间依赖于触发条件，只在脉冲事件触发时刻进行信息处理，方法减少了不必要的信息交互，提高了通信效率，节约了网络资源，通过本专利技术的方法对无人集群系统进行编队，加快了编队的效率。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的方法流程图；
[0017]图2为本专利技术实施例的编队通信拓扑图；
[0018]图3为本专利技术实施例的智能体轨迹状态演变图；
[0019]图4为本专利技术实施例的智能体在x1方向的状态演变图；
[0020]图5为本专利技术实施例的智能体在x2方向的状态演变图；
具体实施方式
[0021]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。
[0022]请参阅图1，本专利技术提供一种基于事件触发脉冲控制的智能无人集群系统一致性编队控制方法，该方法包括但不限于如下步骤：
[0023]S1：建立N架无人航行器之间的通信网络，该通信网络的拓扑为一个以领导者为根节点的有向生成树；
[0024]通信网络拓扑中从根节点出发，至少有一条到任意节点的有向路径；
[0025]在无人集群系统中无人航行器之间的通信拓扑图为一个以领导者为根节点的有向生成树，通信拓扑图中从根节点出发，至少有一条到任意节点的有向路径。
[0026]对N个无人航行器组成的无人集群系统建立智能无人集群系统的第一动力学模型；
[0027][0028]其中，i＝1,
…
,N，N表示无人集群系统中无人航行器的数量，x0(t)表示领导者的状态，表示对x0(t)求导，x
i
(t)表示第i个无人航行器的状态，表示对x
i
(t)求导，A表示n
×
n阶的常数矩阵，u
i
(t)表示第i个无人航行器的控制输入，所述无人航行器包括：无
人机、无人船和无人车等无人智能设备，在本专利技术中智能无人集群系统的领导者为虚拟领导者。
[0029]S2：根据通信网络获取领导者的状态信息、无人航行器与其邻居无人航行器的状态信息计算无人航行器的脉冲振幅；
[0030]所述状态信息为位置状态；例如，以某一点为原点建立三维坐标系，位置状态信息即为无人航行器某时刻在三维空间中对应的位置。
[0031]优选地，所述无人航行器的脉冲振幅包括；
[0032][0033]其中，表示第i个无人航行器在时刻的脉冲振幅，a
ij
表示第i个无人航行器和第j个无人航行器的通信连接权重，N表示无人集群系统中有N个无人航行器；表示第i个无人航行器上一次脉冲的时刻；表示第i个无人航行器在时刻的状态；表示第j个无人航行器在时刻的状态；表示第j个无人航行器上一次脉冲的时刻，表示领导者在时刻的状态；b
i
表示第i个无人航行器和领导者之间的通信连接权重；当第i个无人航行器和领导者有通信连接，则为b
i
＝1，否则b
i
＝0；当第i个无人航行器和第j个无人航行器具有通信连接时a
ij
＝1，反之a
ij
＝0。
[0034]无人集群系统中每个无人航行器利用通信网络向其邻居无人航行器发送自身的状态信息；每个无人航行器根据其邻居无人航行器发送的状态信息和领导者的状态信息设置其脉冲振幅。
[0035]S3：根据当前时刻无人航行器的脉冲振幅和上一次事件触发时无人航行器的脉冲振幅计算无人航行器的事件触发函数；
[0036]优选地，所述无人航行器的事件触发函数包括：
[0037][0038][0039]其中，U
i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于事件触发脉冲控制的智能无人集群系统一致性编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立N架无人航行器之间的通信网络，该通信网络的拓扑为一个以领导者为根节点的有向生成树；S2：根据通信网络获取领导者的状态信息、无人航行器与其邻居无人航行器的状态信息计算无人航行器的脉冲振幅；S3：根据当前时刻无人航行器的脉冲振幅和上一次事件触发时无人航行器的脉冲振幅计算无人航行器的事件触发函数；S4：根据无人航行器的脉冲振幅和事件触发函数构建无人集群系统的事件触发脉冲控制协议；S5：获取无人集群的编队并利用无人集群系统的事件触发脉冲控制协议初始化一致性控制器建立无人集群系统的动力学模型；并通过一致性控制器更新无人航行器的状态，使N架无人航行器达到预设的编队。2.根据权利要求1所述的一种基于事件触发脉冲控制的智能无人集群系统一致性编队控制方法，其特征在于，所述无人航行器的脉冲振幅包括；其中，表示第i个无人航行器在时刻的脉冲振幅，a
ij
表示第i个无人航行器和第j个无人航行器的通信连接权重，N表示无人集群系统中有N个无人航行器；表示第i个无人航行器上一次脉冲的时刻；表示第i个无人航行器在时刻的状态；表示第j个无人航行器在时刻的状态；表示第j个无人航行器上一次脉冲的时刻，表示领导者在时刻的状态；b
i
表示第i个无人航行器和领导者之间的通信连接权重；当第i个无人航行器和领导者有通信连接，则为b
i
＝1，否则b
i
＝0；当第i个无人航行器和第j个无人航行器具有通信连接时a
ij
＝1，反之a
ij
＝0。3.根据权利要求1所述的一种基于事件触发脉冲控制的智能无人集群系统一致性编队控制方法，其特征在于，所述无人航行器的事件触发函数包括：控制方法，其特征在于，所述无人航行器的事件触发函数包括：其中，U
i
(t)表示第i个无人航行器的事件触发函数，表示第i个无人航行器的脉冲振幅误差的2
‑
范数，β>0是一个控制参数，表示第i个无人航行器在时刻的脉冲振...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪良浩，瞿小峰，张翠娟，杨莎莎，郭兴，于凤敏，于南翔，李华青，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：