[發(fā)明專(zhuān)利]針對(duì)多智能體系統(tǒng)執(zhí)行器失效故障的滑模容錯(cuò)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810206810.0
• 申請(qǐng)日: 2018-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108333949B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊蒲;馬犇;許夢(mèng)洋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種針對(duì)多智能體系統(tǒng)執(zhí)行器部分失效故障的滑模容錯(cuò)控制方法，其特征在于：在多智能體系統(tǒng)存在執(zhí)行器部分失效故障時(shí)，結(jié)合自適應(yīng)技術(shù)，提出一種滑模容錯(cuò)控制方法，使得多智能體系統(tǒng)在發(fā)生執(zhí)行器故障后能夠正常運(yùn)行；根據(jù)智能體之間的相對(duì)狀態(tài)信息定義了一致性誤差變量，據(jù)此設(shè)計(jì)了滑模面，求解出系統(tǒng)的滑動(dòng)模態(tài)，然后結(jié)合自適應(yīng)邊界估計(jì)設(shè)計(jì)出滑模控制律，最終構(gòu)成容錯(cuò)控制器，包括如下具體步驟：

步驟1)確定領(lǐng)航-跟隨多智能體系統(tǒng)的模型及其參數(shù)，包括如下步驟：

步驟1.1)確定領(lǐng)航者的運(yùn)動(dòng)模型，如式(1)所示：

其中，和分別表示領(lǐng)航者在t時(shí)刻的位置和速度狀態(tài)；為領(lǐng)航者的控制輸入；是連續(xù)的向量值函數(shù)，表示領(lǐng)航者的固有非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)行為；

步驟1.2)確定第i個(gè)跟隨者的運(yùn)動(dòng)模型，如式(2)所示：

其中，表示第i個(gè)跟隨者在t時(shí)刻的位置狀態(tài)；表示第i個(gè)跟隨者在t時(shí)刻的速度狀態(tài)；表示發(fā)生執(zhí)行器故障的第i個(gè)跟隨者的控制輸入；是連續(xù)的向量值函數(shù)，表示第i個(gè)跟隨者的固有非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)行為；對(duì)于式(1)和式(2)中的非線(xiàn)性函數(shù)f(x₀，v₀，t)和f(x_i，v_i，t)，存在非負(fù)的實(shí)數(shù)h₁和h₂滿(mǎn)足式(3)：

||f(x_i，v_i，t)-f(x₀，v₀，t)||≤h₁||x_i-x₀||+h₂||v_i-v₀|| (3)

步驟1.3)確定跟隨著系統(tǒng)的故障模型，令u_i(t)表示第i個(gè)跟隨者的控制輸入信號(hào)，假設(shè)每個(gè)跟隨者有m個(gè)執(zhí)行器，其中m＞1，則其發(fā)生執(zhí)行器失效故障后的控制輸入為如式(4)所示：

其中，I_m表示m階單位矩陣，θ_i(t)＝diag{θ_i1(t)，...，θ_im(t)}表示第i個(gè)跟隨者的執(zhí)行器失效因子矩陣，時(shí)變函數(shù)θ_ip(t)，p∈{1，2，...，m}表示第i個(gè)跟隨者中的第p個(gè)執(zhí)行器的失效因子，并且滿(mǎn)足0≤θ_ip(t)＜1；當(dāng)θ_ip(t)＝0時(shí)，第p個(gè)執(zhí)行器正常工作；當(dāng)0＜θ_ip(t)＜1時(shí)，第p個(gè)執(zhí)行器部分失效但仍在工作；

步驟2)確定多智能體系統(tǒng)的通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

考慮無(wú)向圖通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的領(lǐng)航-跟隨多智能體系統(tǒng)，圖表示包括跟隨者和領(lǐng)航者在內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)之間的信息交互情況，其中表示所有的節(jié)點(diǎn)集合，表示節(jié)點(diǎn)之間的通訊鏈接集合，表示鄰接矩陣；假設(shè)多智能體系統(tǒng)共有n個(gè)跟隨者，圖G＝(V，E，A)表示跟隨者之間的通訊拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，其中V＝{1，2，...，n}表示跟隨者的節(jié)點(diǎn)集合，表示跟隨者之間的通訊鏈接集合，表示圖G的鄰接矩陣；節(jié)點(diǎn)的度定義為度矩陣定義為D＝diag{d₁，d₂，...，d_n}；記為圖G的Laplacian矩陣，定義其中l(wèi)_ij的定義如式(5)所示：

領(lǐng)航者與跟隨者之間的鄰接矩陣定義為如果領(lǐng)航者0與第i個(gè)跟隨者之間有一條無(wú)向邊e_0i＝(0，i)∈E₀，那么b_i＝1；否則，b_i＝0；不難發(fā)現(xiàn)，

步驟3)設(shè)計(jì)滑模面，包括如下步驟：

步驟3.1)根據(jù)第i個(gè)跟隨者獲取到的鄰居信息，定義了一致性位置誤差變量e_xi(t)和一致性速度誤差變量e_vi(t)，如式(6)所示：

其中，a_ij代表第i個(gè)跟隨者和第j個(gè)跟隨者之間的連接權(quán)重，b_i代表第i個(gè)跟隨者與領(lǐng)航者之間的連接權(quán)重，N_i代表第i個(gè)跟隨者的鄰居集合；

記為圖G對(duì)應(yīng)的Laplacian矩陣，領(lǐng)航者與跟隨者之間的鄰接矩陣，定義變量式(6)可以改寫(xiě)為向量形式，如式(7)所示：

步驟3.2)利用一致性誤差變量設(shè)計(jì)滑模面函數(shù)，如式(8)所示：

S(t)＝ke_x+e_v (8)

其中，s_i(t)為滑模變量，且s_i(t)＝ke_xi+e_vi，i＝1，2，...，n，k是一個(gè)正常數(shù)；

步驟4)設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制律，采用自適應(yīng)方法來(lái)估計(jì)第i個(gè)跟隨者執(zhí)行器故障中的失效因子θ_i(t)的最大值，設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制律，如式(9)所示：

其中，γ_i為控制律中非線(xiàn)性量的控制增益，其定義如式(10)所示：

在式(10)中，h₁和h₂為式(3)中非負(fù)實(shí)數(shù)，ω_i為故障邊界值，其定義為ω_i＝1/(1-||θ_i(t)||)；是ω_i的估計(jì)值，且滿(mǎn)足φ_i為補(bǔ)償因子，且滿(mǎn)足σ，ρ，c₁，c₂為可調(diào)節(jié)的控制參數(shù)；根據(jù)式(9)和式(10)，控制律可等價(jià)表示為向量形式，如式(11)所示：

其中，γ＝diag{γ₁，...，γ_n}，b_n＝[b₁，...，b_n]^T；

步驟5)根據(jù)多智能體系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，選擇合適的參數(shù)，完成對(duì)其的容錯(cuò)控制。