[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)化集群智能體系統(tǒng)的自適應(yīng)編隊(duì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810072998.4
• 申請(qǐng)日: 2018-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107992090B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙宇;劉永芳;張棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)深圳研究院
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 韓曉娟

1.一種應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)化集群智能體系統(tǒng)的自適應(yīng)編隊(duì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：使用分布式協(xié)同編隊(duì)中的一致性區(qū)域分析方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)化集群智能體系統(tǒng)的編隊(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行描述，設(shè)計(jì)自適應(yīng)時(shí)變編隊(duì)控制器的基本形式，其中耦合強(qiáng)度的初始值選為大于1的常數(shù)；

分布式協(xié)同編隊(duì)中的一致性區(qū)域分析方法具體是：對(duì)于不同的集群智能體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)編隊(duì)的一致性區(qū)域是不同的，根據(jù)結(jié)構(gòu)特征，一致性區(qū)域可以分為聯(lián)通的和不聯(lián)通的；一致性區(qū)域分析方法就是通過(guò)分析指定的動(dòng)力學(xué)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得出一致性區(qū)域的結(jié)構(gòu)特征，人工選取耦合強(qiáng)度，使得耦合強(qiáng)度落在一致性區(qū)域當(dāng)中，從而保證網(wǎng)絡(luò)化集群智能體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；

所述自適應(yīng)時(shí)變編隊(duì)控制器的設(shè)計(jì)流程為：

步驟A：將控制對(duì)象描述為一般高階線性微分方程，如下：

式中，A∈R^n×n和B∈R^n×m是常數(shù)矩陣，x_i(t)∈Rⁿ和u_i(t)∈R^m分別是第i個(gè)智能體的狀態(tài)變量和控制輸入變量：

假設(shè)矩陣B列滿秩，即rank(B)＝m，系統(tǒng)(A,B)是可控的；

時(shí)變編隊(duì)表示為可微分的向量h(t)，并且令

當(dāng)對(duì)于任何給定的有界初始狀態(tài)，存在一個(gè)向量值函數(shù)r(t)∈Rⁿ滿足時(shí)，則稱網(wǎng)絡(luò)化集群智能體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了時(shí)變編隊(duì)h(t)，

其中，r(t)被稱為編隊(duì)參考函數(shù)，用來(lái)描述整個(gè)編隊(duì)的宏觀運(yùn)動(dòng)，h(t)表示時(shí)變編隊(duì)；

步驟B：將基于一致性區(qū)域的分布式編隊(duì)控制器的表達(dá)式描述如下：

式中i＝1,2,...,N，K₁,K₂,K₃∈R^m×n，F(xiàn)∈R^n×n，

c_i(t)是與第i個(gè)智能體和其相鄰智能體有關(guān)的時(shí)變耦合權(quán)重，并且c_i(0)≥1；

ρ_i(·)是一個(gè)與有關(guān)的光滑的單調(diào)遞增的函數(shù)，并且當(dāng)s>0時(shí)，ρ_i(s)≥1；

v_i(t)∈R^m為第i個(gè)智能體提供了額外的基于h_i(t)的編隊(duì)指令信號(hào)，P>0是反饋矩陣；

步驟2：使用自適應(yīng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法對(duì)所述自適應(yīng)時(shí)變編隊(duì)控制器的耦合強(qiáng)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，基于分布式局部測(cè)量信息，將耦合強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度設(shè)計(jì)為以該測(cè)量信息為變量的函數(shù)；

自適應(yīng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法具體指：通過(guò)局部的相對(duì)測(cè)量信息，設(shè)計(jì)耦合強(qiáng)度的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化率：自適應(yīng)的更新耦合強(qiáng)度，自適應(yīng)的使得耦合強(qiáng)度最終落在合適的一致性區(qū)域當(dāng)中，避免了分析一致性區(qū)域時(shí)帶來(lái)的計(jì)算復(fù)雜性難點(diǎn)；

步驟3：將所述自適應(yīng)時(shí)變編隊(duì)控制器帶入到網(wǎng)絡(luò)化集群智能體系統(tǒng)形成閉環(huán)系統(tǒng)，運(yùn)用自適應(yīng)分析和Lyapunov方法對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的編隊(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化集群智能體系統(tǒng)的時(shí)變編隊(duì)的目標(biāo)；

自適應(yīng)分析和Lyapunov方法是指：通過(guò)構(gòu)造帶有自適應(yīng)耦合強(qiáng)度的正定Lyapunov函數(shù)，沿著網(wǎng)絡(luò)化集群智能體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與自適應(yīng)動(dòng)態(tài)更新率，理論分析Lyapunov函數(shù)的導(dǎo)數(shù)的負(fù)定性，從而得出網(wǎng)絡(luò)化集群智能體系統(tǒng)編隊(duì)的穩(wěn)定性和自適應(yīng)耦合強(qiáng)度的有界性特征，保證網(wǎng)絡(luò)化集群智能體系統(tǒng)編隊(duì)的可實(shí)現(xiàn)性。