[發(fā)明專利]領(lǐng)導(dǎo)跟隨二階多智能體系統(tǒng)有限時間一致性跟蹤控制方法

在審

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• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112379667A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任彥;解東
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古科技大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265
• 代理人: 王莉

本發(fā)明公開了一種領(lǐng)導(dǎo)跟隨二階多智能體系統(tǒng)有限時間一致性跟蹤控制方法，該方法基于有限時間收斂理論設(shè)計有限時間雙冪次滑模干擾觀測器來實時估計系統(tǒng)的等效干擾并進行動態(tài)補償，設(shè)計有限時間快速反正切跟蹤微分器求取領(lǐng)導(dǎo)者加速度信號，結(jié)合滑模控制設(shè)計有限時間一致性跟蹤控制器，保證系統(tǒng)在有限時間內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定控制，有限時間雙冪次滑模干擾觀測器不同于傳統(tǒng)干擾觀測器的地方在于它引入了有限時間收斂理論和滑模控制理論，使得干擾的估計誤差在有限時間內(nèi)收斂到0，提高了干擾的估計精度和補償效率，基于有限時間快速反正切跟蹤微分器，結(jié)合了有限時間收斂理論和滑模控制優(yōu)點的一致性跟蹤控制器，保證了系統(tǒng)在有限時間內(nèi)跟蹤誤差收斂于0。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于領(lǐng)導(dǎo)跟隨二階多智能體系統(tǒng)有限時間一致性跟蹤控制范疇，涉及二階多智能體系統(tǒng)的干擾估計和補償方法、領(lǐng)導(dǎo)者加速度信息獲取方法和一致性跟蹤控制策略的改進和創(chuàng)新。針對系統(tǒng)存在的通信和輸入誤差等不確定干擾，基于快速獲取領(lǐng)導(dǎo)者的加速度信息，設(shè)計一致性跟蹤控制器，從而提高多智能體系統(tǒng)實現(xiàn)快速平穩(wěn)一致性跟蹤的技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著人工智能的發(fā)展以及通訊技術(shù)、計算機技術(shù)的日益成熟，多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制以其更強的高效性、魯棒性和經(jīng)濟性等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在無人機編隊控制、空間微信通信、分布式計算等方面。基于領(lǐng)導(dǎo)跟隨思想的多智能體系統(tǒng)目標跟蹤技術(shù)成為較為簡單實用的研究熱點之一。

在領(lǐng)導(dǎo)跟隨二階多智能體系統(tǒng)中，跟隨者要實現(xiàn)對領(lǐng)導(dǎo)者的跟蹤，則需要跟隨者相互之間和跟隨者與領(lǐng)導(dǎo)者之間位置偏差、速度偏差都為零。在跟蹤領(lǐng)導(dǎo)者時，由于相對速度時大時小，造成跟隨者與領(lǐng)導(dǎo)者之間相對位置時近時遠，從而造成跟蹤能力的下降。因此，穩(wěn)定跟蹤是提高領(lǐng)導(dǎo)跟隨二階多智能體系統(tǒng)跟蹤性能的重要因素。由于跟隨者之間相對狀態(tài)的突增或驟減，造成跟隨者發(fā)生碰撞，造成系統(tǒng)整體一致性能力的下降，因此，平穩(wěn)一致性是保證領(lǐng)導(dǎo)跟隨二階多智能體系統(tǒng)跟蹤性能的又一重要因素。

在領(lǐng)導(dǎo)跟隨二階多智能體系統(tǒng)一致性跟蹤控制中，影響系統(tǒng)性能的不確定性因素主要有兩個來源，一是整體外部環(huán)境給系統(tǒng)帶來的干擾，包括通信干擾和信息傳輸誤差等；二是節(jié)點內(nèi)部動力學(xué)系統(tǒng)的不確定性干擾因素，包括摩擦、系統(tǒng)參數(shù)的不確定及高頻未建動態(tài)等。擾動是一種時變的、非線性的、具有不確定性的自然現(xiàn)象，對于執(zhí)行高精度復(fù)雜任務(wù)的系統(tǒng)，造成系統(tǒng)性能的降低，使系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)爬行、振蕩或穩(wěn)態(tài)誤差，并影響系統(tǒng)低速性能、小信號跟蹤性能和速度平穩(wěn)度的提升。在實際控制系統(tǒng)中，要提高系統(tǒng)的控制性能和魯棒性，必須考慮對干擾進行估計和補償方法的研究。

在研究多智能體系統(tǒng)一致性跟蹤控制中，結(jié)合領(lǐng)導(dǎo)跟隨思想，將控制問題進行簡化處理。但是，現(xiàn)有的很多一致性跟蹤控制方法，都是假設(shè)系統(tǒng)中領(lǐng)導(dǎo)者運動狀態(tài)是線性的或加速度信息已知，較為理想化。因此，在領(lǐng)導(dǎo)者運動狀態(tài)非線性或加速度未知時，傳統(tǒng)的一致性跟蹤控制方法難以獲得理想的控制效果。獲取領(lǐng)導(dǎo)者加速度信息可以更加直接有效的實現(xiàn)系統(tǒng)的快速收斂性。如何設(shè)計獲取領(lǐng)導(dǎo)者加速度信息和一致性跟蹤控制方法，成為提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：針對領(lǐng)導(dǎo)跟隨二階多智能體系統(tǒng)受到干擾的情況，設(shè)計有限時間雙冪次滑模干擾觀測器，增強二階多智能體系統(tǒng)的抗干擾能力和魯棒性，提高跟隨者跟蹤領(lǐng)導(dǎo)者的平穩(wěn)性能；為直接獲取領(lǐng)導(dǎo)者的控制輸入信息，設(shè)計有限時間快速反正切跟蹤微分器，快速估計出領(lǐng)導(dǎo)者的信息；結(jié)合有限時間收斂的滑模控制器，設(shè)計有限時間一致性跟蹤控制器，實現(xiàn)跟隨者對領(lǐng)導(dǎo)者的一致性跟蹤控制。