[發明專利]一種多智能體有限時間的編隊路徑跟蹤控制方法及系統

在審

• 申請號: 202110051233.4
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112947407A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 孫新勇;吳杰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種多智能體有限時間的編隊路徑跟蹤控制系統，包括視覺定位系統、控制器、WIFI模塊和多個移動機器人，視覺定位系統，使用攝像頭識別固定在移動機器人上的定位標簽，并將各個機器人的狀態信息發送給控制器；控制器根據視覺定位系統獲得的各個機器人之間的相對位置信息以及給定的編隊目標計算控制器的輸出；WIFI模塊將控制器的控制信號傳遞給移動機器人；多個移動機器人根據接收的控制信號調整兩輪輪速，完成編隊任務。并相應提供了該系統的控制方法。考慮了實際環境中多智能體系統廣泛存在的輸入飽和約束，引入單飽和函數，相較于漸進穩定的方法提高了多智能體編隊跟蹤的收斂速度。

技術領域

本發明涉及多智能體協同控制領域，尤其涉及一種多智能體有限時間的編隊路徑跟蹤控制方法。

技術背景

隨著科技的進步和社會的發展，人們對于機器人的要求越來越高，機器人的工作環境也越來越復雜，僅僅采用單一機器人越來越難以解決實際環境中的復雜問題。多智能體系統應運而生，目前多智能體系統(MAS)已發展成為一種新興的復雜系統學科，并逐漸滲透到社會生活的各個領域。一致問題(即，設計一個基于局部信息的分布式控制器,使所有智能體的狀態最終收斂到相同值)是對多智能體進行分布式控制的基礎，從理論和實踐的角度都引起了極大的關注。而編隊問題作為多智能體一致領域的重要應用在理論和實踐方面都吸引了廣泛的關注，如無人駕駛、無人機編隊和衛星編隊等方面。

在實際的環境中，多智能體系統本身及其環境往往不能處于理想狀態，可能會受到各種各樣的約束。如輸入飽和約束，輸入飽和是機器人系統普遍存在的一種控制約束，它是由智能體的驅動能力有限引起的。如果處理不當，會導致多智能體系統的性能下降，甚至不穩定。因此，必須設計一種控制器以消除輸入飽和約束所導致的多智能體系統的性能下降、保證安全可靠的執行任務。

目前針對受輸入飽和約束的多智能體編隊控制器，往往只能實現漸進收斂。而實際環境中，往往對多智能體系統時間編隊的收斂時間有要求，需要有限時間內實現編隊。目前針對輸入飽和約束下的多智能體有限時間編隊路徑跟蹤的研究較少。如中國專利申請“一種基于多智能體系統的有限時間編隊控制方法(CN109144047A)”中，雖然解決了多智能體的有限時間編隊問題，但沒有考慮實際環境中多智能體系統廣泛存在的輸入飽和約束，同時僅能實現編隊，無法以編隊的形式跟隨給定路徑。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種輸入飽和約束下的多智能體有限時間編隊路徑跟蹤控制方法和系統。旨在解決當多智能體系統受輸入飽和約束時，如何設計一種分布式控制器，使多智能體系統能夠抵消輸入飽和約束對系統的影響，并在有限時間內完成編隊路徑跟蹤任務。

為了實現本發明目的，本發明提供一種多智能體有限時間的編隊路徑跟蹤控制系統，包括視覺定位系統、控制器、WIFI模塊和多個移動機器人，

所述視覺定位系統，使用攝像頭識別固定在移動機器人上的定位標簽，并將各個機器人的狀態信息發送給控制器；

所述控制器根據視覺定位系統獲得的各個機器人之間的相對位置信息以及給定的編隊目標計算控制器的輸出；

所述WIFI模塊將控制器的控制信號傳遞給移動機器人；

多個所述移動機器人根據接收的控制信號調整兩輪輪速，完成編隊任務。

本發明還提供一種多智能體有限時間的編隊路徑跟蹤控制方法，包括以下步驟：

將期望的同步軌跡作為虛擬領導者智能體的狀態，建立虛擬領導者智能體的模型，選用受輸入飽和約束的二階系統描述跟隨智能體系統的動力學模型；

將不同的智能體作為不同的節點并根據圖論原理建立多智能體之間的通信拓撲，并結合虛擬領導者智能體的模型和跟隨智能體系統的動力學模型來確定編隊誤差；

根據多智能體之間的相對位置、相對速度信息以及編隊目標設計控制器；