[發明專利]一種無人機和無人車組成的異構多智能體系統編隊控制中執行器故障的自適應補償方法

有效

• 申請號: 202110256086.4
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112947086B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 馬亞杰;王娟;姜斌;冒澤慧;陸寧云
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓然

1.一種無人機和無人車組成的異構多智能體系統編隊控制中執行器故障的自適應補償方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、多智能體系統包括由M個無人車和(N-M)個無人機，無人車模型采用兩輪移動機器人，無人機模型采用四旋翼無人機，分別對其建模并簡化，得到二階無人車模型和二階無人機模型；

步驟2、考慮多智能體系統發生執行器部分失效故障，分別對發生故障后的無人地面車輛和無人機位置子系統的XOY平面模型以及無人機位置子系統的Z軸模型建模，同時實現無人機-無人車編隊控制；

步驟3、確定多智能體系統通信拓撲為強連通圖；

步驟4、針對發生執行器故障的無人地面車輛和無人機位置子系統的XOY平面模型，利用backstepping法，設計在自適應律更新故障估計參數下的控制律，實現編隊控制；

步驟5、針對發生執行器故障的四旋翼無人機Z軸模型，利用backstepping法，設計在自適應律更新故障估計參數下的控制律，實現一致性；

在所述的步驟1中，假設每個無人車的方向已固定且相同，即χ_i(t)＝χ；則角速度ω_i(t)＝0；簡化后的第i個兩輪移動機器人模型的動力學方程為：

其中，表示前端點的坐標，L_di是手部點和兩個車輪中間點之間的距離，F_i(t),τ_i(t)為輸入力和輸入力矩，M_gi,J_gi分別表示第i個無人車的質量及轉動慣量；

因四旋翼無人機的模型比較復雜，存在耦合問題，如考慮擾動，模型將變得更加復雜；在此忽略風擾動，同時假設每個無人機的姿態已固定且相同，即φ_i(t)＝φ,θ_i(t)＝θ,ψ_i(t)＝ψ；則第i個無人機模型的動力學方程為：

其中，p_i(t)＝[p_xi(t),p_yi(t),p_zi(t)]^T表示位置狀態，M_ai表示第i個無人機的質量，表示控制輸入；

同時，考慮實現無人機和無人地面車輛XOY二維模型的協同編隊控制，并單獨對無人機Z軸模型進行控制。

2.根據權利要求1所述的一種無人機和無人車組成的異構多智能體系統編隊控制中執行器故障的自適應補償方法，其特征在于，在步驟2中，考慮在乘性執行器故障的情況下，簡化了的無人地面車輛和無人機位置子系統的XOY平面模型可用以下二階系統表示：

其中，x_i(t)∈R²,v_i(t)∈R²,u_i(t)∈R²分別表示位置信息，速度信息以及控制輸入，0＜ρ_i≤1；

簡化后的無人機位置子系統的Z軸模型在發生執行器乘性故障時可用以下二階系統表示：

其中，x_i(t)∈R,v_i(t)∈R,u_i(t)∈R分別表示位置信息，速度信息以及控制輸入；0＜ρ_i≤1；

期望的時變編隊為其中h_i(t)＝[h_xi(t),h_vi(t)]^T；如果如下的兩個等式能夠成立，則可以認為多智能體系統實現了編隊控制：

3.根據權利要求1所述的一種無人機和無人車組成的異構多智能體系統編隊控制中執行器故障的自適應補償方法，其特征在于，在步驟3中，考慮多智能體通信拓撲為以下性質的強連通圖：

1)強連通圖的拉普拉斯矩陣L有一個特征值為0，其余特征值的實部均為正；

2)可以找到一個正定向量滿足其中