[發明專利]一種基于加權偏差的多智能體高階滑模編隊控制方法

在審

• 申請號: 202111386812.0
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114138010A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 李樂寶;高金鳳;葛正
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

本發明公開了一種基于加權偏差的多智能體高階滑模編隊控制方法：建立多智能體集群的編隊隊形約束及帶有不確定性的智能體數學模型；接著依據隊形約束來定義多智能體集群的狀態跟蹤誤差同步誤差e_i,i+1(t)、加權偏差σ_i,∑(t)以及狀態復合誤差E_i(t)并給出多智能體集群的編隊控制目標；然后依據多智能體集群遭受的時變不確定信息計算多智能體真實狀態的權值，滿足其次結合狀態復合誤差的高階滑模面設計多智能體集群的狀態復合誤差高階滑模控制器；無人機的飛行控制器通過所述狀態復合誤差高階滑模控制器，獲得電機轉速控制所需的PWM脈寬調制信號并發送給各無人機的電子調速器，進而驅動各無人機上的電機轉動，實現N架無人機集群的編隊控制。

技術領域

本發明涉及多智能體控制領域，具體是一種基于加權偏差的多智能體高階滑模編隊控制方法。

背景技術

多智能體系統的協同控制因其在多個領域的廣泛應用而受到了極大的關注，例如多機器人的協調控制、無人機或自主水下機器人的編隊控制、多衛星的姿態對準及網絡系統的分布式優化等。作為多智能體系統協同控制的基本問題之一，編隊控制引起了控制和機器人學界的廣泛關注。理想情況下，多智能體編隊控制的目標是驅動多智能體系統中所有智能體的狀態達到狀態空間中預定義的配置。而在實際應用中，多智能體系統中往往存在不確定項的影響(如無人機編隊飛行時會遭受到外部復雜擾動)，這些不確定項的存在使得多智能體編隊效果與期望編隊存在一定偏差。

目前，應用于多智能體編隊控制的策略主要有領航-跟隨法、虛擬結構法、基于一致性策略和交叉耦合同步策略等。領航跟隨法容易實現，但跟隨者受到擾動時不會影響領航者，不利于編隊的穩定；虛擬結構法將編隊視作一個整體，無法考慮各智能體遭受不同擾動時編隊的穩定；一致性策略也難以處理復雜環境下多智能體系統遭受的未知參數不確定及外部擾動的影響。而交叉耦合同步策略中因單個智能體的變化逐漸被其他智能體響應，所以該方法具有一定的魯棒性。然而采用此方法的編隊系統的結構復雜度隨智能體數量增加而增加；實際應用中該方法會導致智能體響應滯后；且該方法處理系統參數不確定及復雜擾動影響的效果不明顯。

對多智能體編隊系統中不確定項的影響的處理，滑模變結構控制算法具有較強的魯棒性。然而傳統滑模控制會使得系統控制輸入中引入抖振現象，為了削弱抖振并提高多智能體編隊控制性能，引入高階滑模變結構控制方法。有鑒于此，特提出本專利申請。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于加權偏差的多智能體高階滑模編隊控制方法，用以將多智能體系統的編隊穩定控制轉化為運動狀態同步控制從而實現無人機集群的編隊控制。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于加權偏差的多智能體高階滑模編隊控制方法，包括：建立多智能體集群的編隊隊形約束及帶有不確定性的智能體數學模型；接著依據隊形約束來定義多智能體集群的狀態跟蹤誤差同步誤差e_i,i+1(t)、加權偏差σ_i,Σ(t)以及狀態復合誤差E_i(t)并給出多智能體集群的編隊控制目標；然后依據多智能體集群遭受的時變不確定信息計算多智能體真實狀態的權值，滿足其次結合狀態復合誤差的高階滑模面設計多智能體集群的狀態復合誤差高階滑模控制器；無人機的飛行控制器通過所述狀態復合誤差高階滑模控制器，獲得電機轉速控制所需的PWM脈寬調制信號并發送給各無人機的電子調速器，進而驅動各無人機上的電機轉動，實現N架無人機集群的編隊控制。

作為本發明的一種基于加權偏差的多智能體高階滑模編隊控制方法的改進：

所述建立多智能體集群的編隊隊形約束及帶有不確定性的數學模型的具體過程包括：

1)所述多智能體集群編隊隊形約束定義如下：

多智能體集群期望的編隊隊形由l(Q_i(t),t)來表示，其中Q_i(t)代表多智能體集群時變或者時不變的狀態矢量，智能體i期望的狀態位于期望隊形的邊界曲線上，邊界曲線滿足如下的形式：