[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

本發明公開了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，包括：多智能體系統含無人機和無人車，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。分別對發生故障后系統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，實現無人機?無人車編隊控制。確定多智能體系統通信拓撲為強連通圖。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。對發生執行器故障的四旋翼無人機Z軸模型，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。本發明能確保多智能體系統在未知故障情況下順利實現編隊控制。

技術領域

本發明屬于航空航天異構多智能體系統編隊控制技術領域，特別涉及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。

背景技術

多智能體系統是指一定數量的智能體相互協作完成特定任務的系統。與單個智能體相比，多智能體系統可以完成更復雜艱巨的工作，具有更廣泛的應用場景，如無線傳感器網絡、機器人編隊、多機械手協同裝配等。因此，越來越多的研究者開始關注多智能體系統的協同控制問題。協同控制是指在一定的通信網絡環境中，一組智能體通過設計適當的控制算法，可以針對特定的需求達成一致。目前，對多智能體系統的協同控制的研究大多集中在同構多智能體系統上，而對異構多智能體系統的協同控制的研究相對較少，如無人機和無人地面車輛的協同控制。

在現代控制系統中，隨著系統規模的擴大和任務復雜度的增加，系統發生故障的可能性越來越大。然而，任何一個系統的故障都會嚴重降低系統的穩定性。因此，多智能體系統容錯協同控制就顯得尤為重要。

根據故障發生的位置，故障可分為拓撲故障和部件故障。拓撲故障是智能體之間發生的影響通信拓撲的故障，例如丟包和通信中斷，而部件故障是發生于單個節點內部的故障，例如執行器故障，被控制對象故障和傳感器故障等。

根據不同的設計思路，容錯控制可大致分為兩類：被動容錯控制和主動容錯控制。在被動容錯控制中，控制器的參數和結構一般是固定的，控制器被設計成針對一類特定的故障具有魯棒性，其不需要在線檢測故障信息，常用的控制方法包括自適應控制、滑模控制、模糊控制等。與被動容錯控制方法不同，主動容錯控制結合故障檢測和識別，通過重新配置控制器動作來主動響應故障。

在“Time-varying formation control of a collaborative heterogeneousmulti agent system”(R.Rahimi et al./Robotics and Autonomous Systems 62(2014)1799–1805)一文中，作者研究了時變編隊環境下多智能體系統的編隊控制問題。對于救援和監視的特殊應用，考慮了一組由無人機和無人車組成的系統。由于無人機和無人車的自由度不同，智能體之間的協同控制面臨許多問題。該文提出了一種基于Lyapunov的控制器，采用分散控制的方法來穩定蜂群，使系統形成剛性編隊。然而，此方法并未考慮到多智能體系統發生未知故障的情況。若系統發生故障，則可能出現編隊控制失敗的結果。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供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，能確保多智能體系統在未知故障情況下仍能夠順利實現編隊控制。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案。

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，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；