[發明專利]一種多智能體集群分組時變編隊跟蹤控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010932658.1
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112000108B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 董希旺;盧怡舟;任章;于江龍;李清東;韓亮;呂金虎
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發明涉及一種多智能體集群分組時變編隊跟蹤控制方法及系統，方法包括：根據多智能體集群系統個體動態特性及通信關系，得出描述運動特性的狀態空間形式的個體數學模型及描述通信關系的有向拓撲圖；所述多智能體集群系統包括：領導者和跟隨者；基于所述個體數學模型及通信關系，確定期望時變編隊的向量，得到時變編隊跟蹤誤差；對所述時變編隊跟蹤誤差進行轉換；基于轉換后的時變編隊跟蹤誤差確定帶拓撲切換的分組時變編隊跟蹤的控制器；基于所述帶拓撲切換的分組時變編隊跟蹤的控制器對系統實現分組編隊跟蹤控制。本發明中的上述方法及系統具有較好的自組織性與容錯性，能夠面對通信故障、通信能力不足的挑戰應用情形。

技術領域

本發明涉及多智能體編隊控制領域，特別是涉及一種多智能體集群分組時變編隊跟蹤控制方法及系統。

背景技術

多智能體系統一直是一個重要的研究內容，植根于很多實際工程應用，如完成合作任務，衛星姿態同步調整，以及頻譜檢測等。一致性控制作為關鍵技術之一被廣泛研究。

作為一致性協議的拓展，對于一階和二階的編隊控制問題得到解決。但需要預知的編隊移動不能滿足復雜作戰環境的需要。分組編隊控制作為處理多個逃逸目標的方法，有研究者提出了針對二階系統固定拓撲的分組時變編隊。然而實際情形中，存在通信故障以及切換拓撲的需求，所以進一步發展出了針對切換有向拓撲和無向拓撲的控制協議。

為了控制集群系統的宏觀移動，編隊跟蹤控制問題得到關注，即整個集群系統需要跟蹤一個期望的軌跡?，F有研究方法包括提供單個跟蹤軌跡的控制協議，但是該控制方法需要假定跟蹤軌跡是可預知的，不能滿足跟蹤機動未知、不配合的目標的任務要求。如若作為跟蹤對象的領導者，其控制輸入是不為零的，那么可以產生多種多樣的軌跡以供選擇。至此，有研究方法對具有未知輸入的單個跟蹤領導者進行處理。

通過比對現有的基于一致性的編隊控制方法，可見對于多智能集群系統，分組時變編隊跟蹤控制，并且能夠切換拓撲，跟蹤參考未知的控制是有待研究的難題。當切換的拓撲是有向的，則已有的對于無向圖的切換拓撲實際上是它的特例?，F存研究方法對無輸入的跟蹤領導者進行處理，但并不能在具有多目標多機動不配合目標的作戰情形下適用。而能夠生成多個機動整體移動軌跡并使系統能夠跟隨的控制方法顯然更加值得探究，并更具有實際意義。集群系統總是作為一個整體被研究，但當其處理多任務時，分組是缺乏的功能設計。已有的對單個領導者的時變編隊跟隨，均可以算作分組時變編隊跟蹤的特例。如何設計控制協議使得多智能體系統能夠滿足上述分析的更為復雜的應用場景，是有待突破的技術難題。

發明內容

本發明的目的是提供一種多智能體集群分組時變編隊跟蹤控制方法及系統，具有較好的自組織性與容錯性，能夠面對通信故障、通信能力不足的挑戰應用情形。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種多智能體集群分組時變編隊跟蹤控制方法，所述方法包括：

根據多智能體集群系統個體動態特性及通信關系，得出描述運動特性的狀態空間形式的個體數學模型及描述通信關系的有向拓撲圖；所述多智能體集群系統包括：領導者和跟隨者；

基于所述個體數學模型及通信關系，確定期望時變編隊的向量，得到時變編隊跟蹤誤差；

對所述時變編隊跟蹤誤差進行轉換；

基于轉換后的時變編隊跟蹤誤差確定帶拓撲切換的分組時變編隊跟蹤的控制器；

基于所述帶拓撲切換的分組時變編隊跟蹤的控制器對系統實現分組編隊跟蹤控制。

可選的，所述根據多智能體集群系統個體動態特性及通信關系，得出描述運動特性的狀態空間形式的個體數學模型及描述通信關系的有向拓撲圖具體采用以下公式：