[發明專利]一種輸出受限非線性系統分布式自適應最優協同控制方法

在審

• 申請號: 202110791189.0
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113485110A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 孫景亮;龍騰;李俊志;曹嚴;周楨林
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開的一種輸出受限非線性系統分布式自適應最優協同控制方法，屬于協同控制技術領域。本發明基于所建立的多智能體嚴格反饋非線性系統，結合Backstepping控制方法和自適應動態規劃技術，構建“前饋+反饋”復合控制架構，定義一致性誤差動態面；設計神經網絡權值自適應更新律，實現對非線性系統未知函數項的在線估計；提出統一界限李雅普諾夫函數，有效處理系統輸出約束，避免基于界限李雅普諾夫函數的控制方法僅適用于輸出受限條件的問題；設計分布式前饋自適應虛擬控制輸入以及分布式自適應最優反饋實際控制律，保證多智能體系統的協同一致性，提升輸出受限條件下閉環系統穩定性和魯棒性，保證分布式最優協同控制律的最優性，節約控制成本。

技術領域

本發明屬于協同控制技術領域，尤其涉及一種輸出受限非線性系統分布式自適應最優協同控制方法。

背景技術

近年來，無人機集群、無人車集群、導彈集群等多智能體系統已在軍民領域得到廣泛關注與快速發展。分布式最優控制技術，憑借其對閉環系統協調一致性與性能最優性方面的有效保障，已得到廣大學者專家的青睞與關注，并取得了一定的理論研究成果。然而，現有分布式最優控制方法大多在理想線性化假設條件下通過求解代數黎卡提方程組推導分布式最優協同控制律。考慮實際系統的復雜非線性特性以及多智能體協同導致的強耦合特性，基于線性化假設的分布式最優協同控制律已難以滿足非線性多智能體系統強魯棒、高可靠、自適應控制需求。因此，有必要直接針對非線性多智能體系統設計分布式最優協同控制律，提升閉環系統的魯棒性和穩定性。但非線性系統的分布式最優協同控制律設計通常涉及Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)方程組的求解問題，而該HJB方程組本質上屬于非線性耦合偏微分方程組，通常難以找到其解析解，這給非線性分布式最優協同控制律的設計與應用帶來較大技術挑戰。

自適應動態規劃技術憑借其對非線性函數的近似高效逼近最優代價函數，能夠實現耦合HJB方程組的在線近似求解，是解決復雜非線性最優控制問題的有效工具。近年來，自適應動態規劃技術已被應用于非線性多智能體系統的分布式最優協同控制律的設計中，并取得了一定的理論研究成果。但現有成果大多局限于仿射非線性系統的分布式最優控制律設計且尚未考慮系統輸出約束導致的閉環系統穩定性問題，限制了分布式協同控制律的適用范圍，降低了閉環系統的穩定性和魯棒性。盡管部分研究學者已針對多智能體嚴格反饋非線性系統開展了基于自適應動態規劃技術的分布式最優協同控制方法研究，并取得了一定的研究成果。但現有成果大多僅考慮閉環系統的穩定控制問題，尚無法有效處理系統輸出約束導致的閉環系統穩定性和最優性難以同時保證的技術難題。因此，有必要設計輸出受限的分布式最優協同控制律，從而達到預防輸出約束違背，提升閉環系統魯棒性，實現協同控制器優化的目的。

發明內容

本發明公開的一種輸出受限非線性系統分布式自適應最優協同控制方法主要目的是：基于所建立的多智能體嚴格反饋非線性系統，結合Backstepping控制方法和自適應動態規劃技術，構建“前饋+反饋”復合控制架構，定義一致性誤差動態面；在此基礎上，設計神經網絡權值自適應更新律，實現對非線性系統未知函數項的在線估計；提出統一界限李雅普諾夫函數，有效處理系統輸出約束；設計分布式前饋自適應虛擬控制輸入以及分布式自適應最優反饋實際控制律，保證多智能體系統的協同一致性，提升輸出受限條件下閉環系統穩定性和魯棒性，保證分布式最優協同控制律的最優性，節約控制成本。

本發明的目的是通過如下技術方案實現。