[發明專利]一種預定時間多智能體系統一致性跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201910373590.5
• 申請日: 2019-05-07
• 公開（公告）號: CN110083179B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 倪駿康
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種預定時間多智能體系統一致性跟蹤控制方法，包括：設計預定時間分布式觀測器在預定時間內估計跟蹤誤差；根據預定時間，確定分布式觀測器參數；設計預定時間非奇異終端滑模一致性控制協議，使跟隨者多智能體系統能夠在預定時間內跟蹤上領導智能體系統的軌跡；確定能保證滑模面的連續性和可微性，消除控制奇異性的控制器參數；將所提出的分布式觀測器和一致性控制協議部署在每個跟隨者智能體上，實現預定時間一致性跟蹤。與既有的固定時一致性方案相比，本發明方法可以獲得更低保守性的收斂時間估計，這也有助于降低控制器設計的保守性。因此，本發明方法在對控制精度和收斂時間要求較高的多智能體系統應用上顯示出了廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及多智能體系統協同控制技術領域，特別涉及一種預定時間多智能體系統一致性跟蹤控制方法。

背景技術

近些年來，多智能體系統分布式協同控制在各個領域得到了普遍應用，包括網絡化機器人操作手協調控制，機器人跟蹤和部署，無人系統編隊和微網能量管理。分布式協同控制的一個基本問題在于設計一致性協議使得所有智能體通過局部通信實現同步，該問題稱為一致性問題。一致性問題按照系統中有無領導又可以分為：無領導一致性問題和一致性跟蹤問題。無領導一致性是指所有智能體收斂到初始狀態的平均值或初值狀態的加權平均值。一致性跟隨是指所有跟隨智能體跟蹤上領導的軌跡，群體的目標可以通過領導的狀態指定。因此，同無領導一致性相比，一致性跟蹤提升了群體目標實現的靈活性，受到學術界和工業界的廣泛關注。

解決一致性跟蹤問題的關鍵在于設計一致性控制協議。評價所設計一致性控制協議的一個重要的性能指標是收斂速度。相關文獻表明提升代數連通度有助于提升一致性控制協議的收斂速度。這激發了研究人員通過設計最優權值或選擇更好的通信拓撲加快收斂速度。然而，這些方法僅能實現漸進一致，這意味著智能體系統無法在有限時間內實現精確的一致性。有限時一致性可以在有限時間內實現多智能體系統精確一致。同漸進一致相比，有限時一致具有更高的一致性精度，更快的收斂速度和對干擾和不確定更強的魯棒性。對于某些對控制精度和收斂時間要求高的應用場合，人們更希望實現有限時一致。因此，研究人員花費大量精力設計有限時一致性控制協議，齊次性方法，加冪積分器方法和終端滑模方法用于設計有限時一致性控制協議。然而，既有的有限時一致性控制協議的收斂時間取決于智能體的初值。然而，實際智能體系統的初值難以獲得，這給估計收斂時間帶來困難。此外，隨著初值趨近于無窮，一致性時間也趨近于無窮，這阻礙了有限時一致性應用于初值很大的多智能體系統。

為提升既有有限時一致性協議的性能，固定時穩定性被引入到一致性控制協議設計中。固定時一致性具有吸引人的特性——收斂時間上界是一個與初始狀態無關的常數，這有助于控制器設計和穩定時間估計，使得固定時控制適合應用于具有嚴格收斂時間上界的應用場合，例如，電力系統控制和遠端操作系統控制。固定時控制協議已經被用于實現帶有無向通信拓撲，有向通信拓撲和切換通信拓撲多智能體系統的一致性。然而，既有的結果存在兩個主要問題。首先，由穩定性分析得出的收斂時間上界是非常保守的。其次，固定時一致性協議收斂時間的上界是控制參數的復雜函數，調節參數與穩定時間上界之間沒有顯式關系。為了克服上述問題，需要發展預定時間穩定控制。與固定時穩定控制相比，預定時間穩定控制具有以下兩個優勢：首先，預定時間穩定控制的收斂時間上界等于控制器調節參數，這方便了控制器設計以滿足穩定時間的要求；其次，控制器的調節參數是穩定時間最小上界，從而避免了對收斂時間邊界的過分估計。將預定時間穩定性擴展到解決一致性跟蹤問題需要解決兩個富有挑戰性的科學問題——預定時間觀測問題和控制奇異性問題。到目前為止，還沒有文獻提出預定時間一致性控制協議。實現預定時間領導-跟隨一致性有助于確定控制協議增益并減低一致性時間上界估計的保守性，有助于將預定時間一致性應用于對收斂時間要求嚴格的應用場合。因此，對預定時間一致性跟蹤問題的研究對實際系統應用具有重要的指導作用及應用前景。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種預定時間多智能體系統一致性跟蹤控制方法，以方便一致性時間上界的估計和控制器的設計，并降低一致性時間估計的保守性。