一种不确定多智能体系统容错包围控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种不确定多智能体系统容错包围控制方法及系统。方法包括：以有向拓扑图构建多智能体系统中领导者与跟随者之间、以及各跟随者之间的信息交互关系，建立若干个存在未知输入的领导者系统模型和跟随者系统模型；基于领导者系统模型，设计分布式观测器；设计跟随者状态观测器，建立执行器故障自适应律模型；基于分布式观测器，建立跟踪误差模型，求解控制器的稳态部分；建立跟随者辅助系统模型，设计性能指标函数，得到最优暂态控制策略表达式；利用神经网络实现在线迭代算法，逼近最优暂态控制器部分；利用闭环控制系统实现对多智能体系统的包围控制。本发明专利技术解决了适用性较差、鲁棒性低以及控制数据与实际情况之间存在误差的技术问题。误差的技术问题。误差的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种不确定多智能体系统容错包围控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及智能系统控制领域，具体涉及一种不确定多智能体系统容错包围控制方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着多智能体系统理论的提出与成熟发展，多智能体系统的优势逐渐凸显，相比于早期的控制系统，多智能体系统往往功能性更强、鲁棒性更好、更加经济。在多智能体系统控制研究中，一类问题称为包围控制问题，具体指的是其中一部分智能体形成一定的凸包，这些智能体被称为领导者，而其余的智能体称为跟随者。要求跟随者能够保持在由领导者张成的凸包内或进入凸包后保持在凸包内。包围控制在实际中具有广泛的应用场，例如一队智能体需要安全移动到指定的区域，但是途中有很多未知障碍物，而且只有部分个体能够探测出障碍物的位置并且绕开移动，那么将这些个体视为领导者，而其他不具有探测障碍能力的个体则被看作是跟随者。通过相互之间的信息交互，跟随者进入领导者所组成的安全区域并且在该区域内移动，保证所有的个体都能够安全通过。又例如工程中某些变量值需要控制在一定范围内，不能过高也不能过低，则可以将限定的最大值和最小值视为两个领导者，而实际值视为跟随者，通过包围控制，保证变量值在规定的范围内浮动。
[0003]公布号为CN110084295A的现有专利技术专利申请文献《一种多智能体系统分组包围控制方法及控制系统》通过已知拓扑结构的传感网进行探测，确定多智能体系统拓扑结构；将相对位置较近且相对静止的智能体进行合并为一组以简化控制模型；模型采用集中式控制方法，将智能体分组内智能体数目最多的智能体分组作为控制模型的中央控制智能体组；将分组后的智能体分组进行编码；智能体分组中智能体编码；根据编码确定智能体分组和智能体，进行相应控制操作。以及公布号为CN114879484A的现有专利技术专利申请文献《多个非完整移动智能体连接保持的协同控制器设计方法》包括以下步骤：构建多智能体系统的动力学方程，所述多智能体系统包括N个跟随者和1个领导者；获取领导者与跟随者系统的时变通讯图；通过坐标变换构建与所述多智能体系统对应的闭环系统；设计分布式动态状态反馈控制器ui使得对于任意初始条件，使连接，使得闭环系统具有以下性质：(1)对于任意t，连接；(2)并且与现有技术相比，本专利技术能够实现初始保持通信的智能体能够一直保持通信。从前述现有方案中的具体实施内容可知，前述现有技术未充分考虑领导者系统或中心节点中存在未知输入的情况，且跟随者系统未考虑不匹配不确定性以及时变执行器故障的情况，降低了系统的鲁棒性，造成处理得到的控制数据与实际应用情况相差较大。
[0004]综上，现有技术存在适用性较差、鲁棒性低以及控制数据与实际情况之间存在误差的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于如何解决现有技术适用性较差、鲁棒性低以及控
制数据与实际情况之间存在误差的技术问题。
[0006]本专利技术是采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种不确定多智能体系统容错包围控制方法包括：
[0007]S1、利用有向拓扑图，构建多智能体系统中领导者与跟随者之间的信息交互关系、各跟随者间的信息交互关系，根据信息交互关系，建立不少于2个存在未知输入的领导者系统模型，以及不少于2个的跟随者系统模型；
[0008]S2、基于领导者系统模型，设计分布式观测器；
[0009]S3、设计跟随者状态观测器，建立执行器故障自适应律模型；
[0010]S4、基于分布式观测器，建立跟踪误差模型，求解控制器稳态部分，据以建立暂态跟踪误差系统；
[0011]S5、建立跟随者辅助系统模型，设计性能指标函数，据以处理得到最优暂态控制策略及最优辅助控制策略的表达式；
[0012]S6、利用预置的神经网络实现在线迭代算法，以根据控制器稳态部分逼近最优暂态控制器部分，据以构建闭环控制系统；
[0013]S7、将控制器稳态部分与最优暂态控制器部分相加，以作为跟随者的闭环控制系统，利用闭环控制系统包围控制多智能体系统。
[0014]本专利技术考虑了领导者系统中存在未知输入的情况，通过分布式观测器的设计，对领导者形成的凸包内轨迹进行有效估计。本专利技术还考虑了跟随者系统存在不匹配不确定性以及时变执行器故障的情况，提高了系统的鲁棒性，更加符合实际应用情况。
[0015]在更具体的技术方案中，步骤S1包括：
[0016]S11、利用有向拓扑图，对信息交互关系进行建模；
[0017]S12、利用下述逻辑，建立领导者系统模型：
[0018][0019]其中，x
k
∈
n
代表第k个领导者的系统状态向量，γ
k
∈
m
代表领导者中存在的未知有界输入，A0和B0分别代表领导者的系统矩阵和输入矩阵；
[0020]S13、利用下述逻辑建立跟随者系统动态模型：
[0021][0022]其中，x
i
∈
n
代表第i个跟随者的系统状态向量，u
i
∈
m
代表第i个跟随者的控制输入，f
i
∈
m
代表第i个跟随者中发生的时变执行器故障，d
i
∈
l
代表第i个跟随者的不确定性，A
i
,B
i
,D
i
分别代表第i个跟随者的系统矩阵、控制输入矩阵、不确定性系数矩阵。
[0023]本专利技术综合考虑多智能体系统中领导者系统存在未知有界输入、跟随者系统存在不匹配不确定性和执行器故障的情况，以实现对领导者形成的凸包内轨迹的估计，以在领导者系统存在未知输入、跟随者系统存在执行器故障和不确定性情况下，实现包围控制。
[0024]在更具体的技术方案中，步骤S2中，利用下述逻辑，设计分布式观测器：
[0025][0026][0027]其中，sign(x)为符号函数，A0和B0来自领导者的系统矩阵和输入矩阵，z
i
是第i个观测器的状态向量，υ
i
是第i个观测器的控制输入，e
i
代表第i个观测器的包围误差，ρ1,ρ2,F
是待设计的参数。
[0028]本专利技术中，满足特定条件的参数设计可以保证观测器能使包围误差收敛至0，提高了对多智能体系统包围控制的准确性。本专利技术通过分布式观测器的设计，保证观测器状态轨迹处于领导者轨迹形成的凸包中，将包围控制问题转化为各跟随者的轨迹跟踪问题，提高了系统的适用性。
[0029]在更具体的技术方案中，步骤S3中，对第i个跟随者，设计跟随者状态观测器：
[0030][0031]其中，L
i
是具有合适维度的正定矩阵，代表对第i个跟随者的系统状态向量的估计。
[0032]在更具体的技术方案中，利用下述逻辑，更新第i个跟随者发生的执行器故障的估计
[0033][0034]其中，K
i
是具有合适本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不确定多智能体系统容错包围控制方法，其特征在于，所述方法包括：S1、利用有向拓扑图，构建多智能体系统中领导者与跟随者之间的信息交互关系、各所述跟随者间的所述信息交互关系，根据所述信息交互关系，建立不少于2个存在未知输入的领导者系统模型，以及不少于2个的跟随者系统模型；S2、基于所述领导者系统模型，设计分布式观测器；S3、设计跟随者状态观测器，建立执行器故障自适应律模型；S4、基于所述分布式观测器，建立跟踪误差模型，求解控制器稳态部分，据以建立暂态跟踪误差系统；S5、建立跟随者辅助系统模型，设计性能指标函数，据以处理得到最优暂态控制策略及最优辅助控制策略的表达式；S6、利用预置的神经网络实现在线迭代算法，以根据所述控制器稳态部分逼近最优暂态控制器部分，据以构建闭环控制系统；S7、将所述控制器稳态部分与所述最优暂态控制器部分相加，以作为所述跟随者的闭环控制系统，利用所述闭环控制系统包围控制所述多智能体系统。2.根据权利要求1所述的一种不确定多智能体系统容错包围控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11、利用所述有向拓扑图，对所述信息交互关系进行建模；S12、利用下述逻辑，建立所述领导者系统模型：其中，x
k
∈
n
代表第k个领导者的系统状态向量，γ
k
∈
m
代表领导者中存在的未知有界输入，A0和B0分别代表领导者的系统矩阵和输入矩阵；S13、利用下述逻辑建立所述跟随者系统动态模型：其中，x
i
∈
n
代表第i个跟随者的系统状态向量，u i
∈
m
代表第i个跟随者的控制输入，f i
∈
m
代表第i个跟随者中发生的时变执行器故障，d
i
∈
l
代表第i个跟随者的不确定性，A
i
,B
i
,D
i
分别代表第i个跟随者的系统矩阵、控制输入矩阵、不确定性系数矩阵。3.根据权利要求1所述的一种不确定多智能体系统容错包围控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用下述逻辑，设计所述分布式观测器：述步骤S2中，利用下述逻辑，设计所述分布式观测器：其中，sign(x)为符号函数，A0和B0来自领导者的系统矩阵和输入矩阵，z
i
是第i个观测器的状态向量，υ
i
是第i个观测器的控制输入，e
i
代表第i个观测器的包围误差，ρ1,ρ2,F是待设计的参数。4.根据权利要求1所述的一种不确定多智能体系统容错包围控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，对第i个所述跟随者，设计所述跟随者状态观测器：其中，L
i
是具有合适维度的正定矩阵，代表对第i个跟随者的系统状态向量的估计。
5.根据权利要求4所述的一种不确定多智能体系统容错包围控制方法，其特征在于，利用下述逻辑，更新第i个跟随者发生的执行器故障的估计用下述逻辑，更新第i个跟随者发生的执行器故障的估计其中，K
i
是具有合适维度的正定矩阵，是状态观测误差，6.根据权利要求1所述的一种不确定多智能体系统容错包围控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括：S41、基于所述分布式观测器的轨迹，将包围控制问题转化为跟踪控制问题，其中，将第i个所述跟随者的跟踪误差ξ
i
定义为：ξ
i
＝x
i
‑
z
i
；S42、根据所述跟踪误差ξ
i
处理最优跟踪控制问题，利用下述逻辑得到第i个跟随者的最优跟踪控制器优跟踪控制器式中，u
si
为稳态部分，为暂态部分；S43、设存在，利用下述逻辑处理得到所述控制器稳态部分：S44、根据所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桐，范思嘉，邱剑彬，毕艳楠，秦晨辉，陈兴文，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：