一种不确定动态环境下多机器人协同编队控制方法技术

本发明专利技术涉及一种不确定动态环境下多机器人协同编队控制方法，首先基于图论和具有不确定动态环境干扰的多机器人模型，建立多机器人协同编队一致性控制协议；接着设计预设性能控制器，针对多机器人协同编队一致性控制协议进行误差转换，得到跟随者机器人位置回路虚拟控制量；然后针对多机器人编队过程中遭受不确定动态环境干扰导致的编队系统稳定性不足等问题，设计不确定干扰估计器，对外界干扰进行在线估计与补偿；最后设计多机器人协同编队鲁棒积分控制器，进一步提升编队控制系统的控制精度；整个设计解决了多机器人协同编队系统中因不确定动态环境干扰导致的系统稳定性不足，以及控制精度难以得到保障等问题，有效提升编队控制系统的控制精度。控制系统的控制精度。控制系统的控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种不确定动态环境下多机器人协同编队控制方法


[0001]本专利技术涉及一种不确定动态环境下多机器人协同编队控制方法，属于多机器人分布式协同控制


技术介绍

[0002]科学技术的日益革新推动着传感器、计算机、通信和机器人技术向分布式、智能化方向发展，促使多智能机器人系统的研究成为控制领域中的热门问题。新时代下的多智能机器人分布式协同编队技术广泛应用于工业、军事和商业等领域，使其从数字化、网络化向智能化演变，以更高效、稳定的特点完成工作中的复杂任务。多机器人分布式协同编队系统是以分布式控制为基础的较为复杂的系统，需要对系统中每个单元进行局部的协调控制，就能使整个系统呈现预期的控制效果，共同合作执行指定任务。多机器人系统中个体机器人之间通过无线通信网络进行互联互通，根据相互之间的信息交流完成各种需要协调与合作的工作任务，从而解决个体机器人存在的任务执行效率不高、能力不强和稳定性较弱等问题。较单机器人系统，多机器人系统在现实工作中能解决更多问题，具有明显优势。多机器人协同编队控制随着社会需求的发展变得越来越重要，在无人机编队飞行、多机器人协本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不确定动态环境下多机器人协同编队控制方法，用于实现1个虚拟领导者机器人和n个跟随者机器人之间的协同编队控制，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.针对虚拟领导者机器人和跟随者机器人，建立惯性坐标系下具有不确定动态环境干扰的多机器人模型，然后结合图论，进一步建立多机器人协同编队一致性控制协议，并进入步骤B；步骤B.设计基于非线性跟踪微分器的性能函数，构成预设性能控制器，并针对多机器人协同编队一致性控制协议进行误差转换，然后进一步获得跟随者机器人位置回路虚拟控制量，再进入步骤C；步骤C.设计跟随者机器人所对应的不确定干扰估计器，对不确定动态环境干扰进行在线估计与补偿，用于解决多机器人编队过程中跟随者机器人所遭受不确定动态环境干扰导致的编队系统稳定性不佳的问题。2.根据权利要求1所述一种不确定动态环境下多机器人协同编队控制方法，其特征在于：还包括步骤D如下，执行完步骤C之后，进入步骤D；步骤D.借助鲁棒积分控制器设计思想，设计多机器人协同编队鲁棒积分控制器，用于实现多机器人协同稳定编队抗干扰控制。3.根据权利要求1所述一种不确定动态环境下多机器人协同编队控制方法，其特征在于：所述步骤A中，针对虚拟领导者机器人和跟随者机器人，按如下操作，建立惯性坐标系下具有不确定动态环境干扰的跟随者机器人动力学模型、以及虚拟领导者机器人动力学模型，即实现惯性坐标系下具有不确定动态环境干扰的多机器人模型的建立；首先，建立惯性坐标系下具有不确定动态环境干扰的跟随者机器人动力学模型如下：其中，m＝1表示惯性坐标系o
e
x
e
y
e
中X轴方向，m＝2表示惯性坐标系o
e
x
e
y
e
中Y轴方向，x
i,m
(t)＝[x
i,1
(t),x
i,2
(t)]
T
表示第i个跟随者机器人在惯性坐标系o
e
x
e
y
e
中对应时刻t的位置向量，v
i,m
(t)＝[v
i,1
(t),v
i,2
(t)]
T
表示第i个跟随者机器人在惯性坐标系o
e
x
e
y
e
中对应时刻t的速度向量，u
i,m
(t)＝[u
i,1
(t),u
i,2
(t)]
T
表示第i个跟随者机器人对应时刻t的控制输入，d
i,m
(t)＝[d
i,1
(t),d
i,2
(t)]
T
表示第i个跟随者机器人在惯性坐标系o
e
x
e
y
e
中对应时刻t所遭受的不确定动态干扰信号；然后，建立惯性坐标系下的虚拟领导者机器人动力学模型如下：其中，x
0,m
(t)＝[x
0,1
(t),x
0,2
(t)]
T
表示虚拟领导者机器人在惯性坐标系o
e
x
e
y
e
中对应时刻t的位置向量，v
0,m
(t)＝[v
0,1
(t),v
0,2
(t)]
T
表示虚拟领导者机器人在惯性坐标系o
e
x
e
y
e
中对应时刻t的速度向量，u
0,m
＝[u
0,1
(t),u
0,2
(t)]
T
表示虚拟领导者机器人对应时刻t的控制输入。4.根据权利要求3所述一种不确定动态环境下多机器人协同编队控制方法，其特征在于：所述步骤A中，基于惯性坐标系下具有不确定动态环境干扰的多机器人模型的建立，结合图论，定义多机器人系统协同编队位置一致性跟踪误差如下：
即实现多机器人协同编队一致性控制协议的建立；其中，e
i,m
＝[e
i,1
,e
i,2
]
T
，e
i,m
表示第i个跟随者机器人在惯性坐标系o
e
x
e
y
e
中位置相对与其建立通信关系的相邻跟随者机器人位置、以及虚拟领导者机器人位置的一致性跟踪误差，a
ij
表示第i个跟随者机器人与第j个跟随者机器人之间的预设通信权值，其中，若第i个跟随者机器人与第j个跟随者机器人之间存在通信时，则定义a
ij
为预设大于零的常数，若第i个跟随者机器人与第j个跟随者机器人之间不存在通信时，则定义a
ij
为零，b
i
为第i个跟随者机器人与虚拟领导者机器人之间的预设通信权值，Δ
ij
＝Δ
i
‑
Δ
j
＝(Δx
i
,Δy
i
)
T
‑
(Δx
j
,Δy
j
)
T
表示第i个跟随者机器人与第j个跟随者机器人的期望相对位置偏差，Δ
i
＝[Δx
i
,Δy
i
]
T
是第i个跟随者机器人在以虚拟领导者机器人为原点的相对位置坐标系下的坐标，Δ
j
＝[Δx
j
,Δy
j
]
T
为第j个跟随者机器人在以虚拟领导者机器人为原点的相对位置坐标系下的坐标。5.根据权利要求1所述一种不确定动态环境下多机器人协同编队控制方法，其特征在于：所述步骤B中，设计基于非线性跟踪微分器的性能函数如下：构成预设性能控制器；其中，m＝1表示惯性坐标系o
e
x
e
y
e
中X轴方向，m＝2表示惯性坐标系o
e
x
e
y
e
中Y轴方向，r
i,m
用于设定第i个跟随者机器人在惯性坐标系o
e
x
e
y
e
中预设跟随者机器人位置一致性跟踪误差性能的上边界和下边界，当时，取定义为预设跟随者机器人位置一致性跟踪误差性能的上边界；当时，取λ
i,m
＝λ
i,m
定义为预设跟随者机器人位置一致性跟踪误差性能的下边界，l为正的预设设计参数，用于调节性能边界稳态值，为预设可调参数，t为时间变量；λ
i,m
为r
i,m
的滤波信号，μ
i,m
为λ
i,m
信号的微分；函数fhan(λ
i,m
‑
r
i,m
,μ
i,m
,τ
i,m<...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹志斌，孙山林，玉冬仪，
申请(专利权)人：桂林航天工业学院，
类型：发明
国别省市：