[發明專利]一種基于時間同步穩定的多智能體一致性控制方法

在審

• 申請號: 202210066399.8
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114415517A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 李東禹;胡慶雷;楊昊旸;鄭建英;邵小東
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗;鄧治平

本發明公開了一種基于時間同步穩定的多智能體一致性控制方法，包括以下步驟：建立多智能體的二階動態模型，并設計編隊輔助函數；基于單位方向向量的數學原理，設計一種新型的方向符號函數，并利用該函數構建一種新穎的固定時間滑模面；針對多智能體系統，設計多智能體系統的收斂時間并構建固定時間同步收斂控制器實現多智能體系統的位置一致跟蹤；所有多智能體的狀態協同到達平衡點。本發明的控制方法具有魯棒性強，控制精度高等特性，適合應用于多智能體固定時間所有狀態同步收斂一致性跟蹤問題。

技術領域

本發明涉及一種基于時間同步穩定的多智能體一致性控制方法，主要應用于航天器星群編隊，無人船分布跟蹤等，屬于多智能體控制技術領域。

背景技術

隨著現代通訊和智能計算的飛速發展，多智能體系統得到了越來越多學者的關注。由于其低成本，網絡化作業，高靈活性的優勢，在諸多實際應用中得到了有效性證明。多智能體協同控制是通過多個多智能體相互協作，形成規則有序的運動。多智能體分布式跟蹤控制不僅具有基礎理論價值，更具有重要的工程應用前景。針對可以廣泛表征航天器、機器人、無人車等實際系統模型，研究多智能體的分布式協同控制算法設計是本領域技術人員亟待解決的問題。

針對多智能體一致性控制問題，專利CN108181926A公開了一種快速有限時間一致性協議，提高了多智能體的收斂速度。專利CN113269297A考慮了帶有時間約束的多智能體調度方法，提高了多智能體的反應速度和運行可靠性。然而上述兩種方法無法實現特定任務中多智能體所有狀態在同一時刻完成同步的控制需求。專利20210707354.X提供了單體系統多個維度狀態同步收斂的控制器設計方案，但該方法不適用于分布式的多智能體系統。

綜上分析，多智能體二階動態系統作為多智能體系統的主要研究方向之一，開展分布式時間同步一致性控制方法具有十足的工程和理論研究意義。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種基于時間同步穩定的多智能體一致性控制方法，用以解決系統狀態在固定時間到達滑模面；固定時間多智能體一致跟蹤；所有多智能體的狀態協同到達平衡點的問題，可以在10^-3量級的干擾下，實現10^-4量級以上的精度的控制，精度提高了一個數量級。本發明適合應用于多智能體固定時間所有狀態同步收斂一致性跟蹤問題。

本發明的一種基于時間同步穩定的多智能體一致性控制方法，包括如下步驟：

S1：建立多智能體的二階動態模型，并設計編隊輔助函數；

S2：基于單位方向向量的數學原理，設計一種新型的方向符號函數，并利用該函數構建一種新穎的固定時間滑模面；

S3：針對多智能體系統模型，設計固定時間同步收斂控制器；

S4：基于S2中的滑模面構建和S3中設計的控制器，驗證多智能體系統狀態在固定時間到達滑模面；多智能體在固定時間實現一致跟蹤；所有多智能體的狀態協同到達平衡點。

步驟S1中，建立多智能體的二階動態模型如下：

其中，位置和速度向量為i∈{1,2,…,N}，是控制律，為狀態轉移函數，為可逆的輸入函數。

定義輔助變量如下：

其中，

步驟S2中新型的方向符號函數設計并定義為如下形式：

其中為任意n維向量，0_n為n維零向量。該符號函數的指數冪可以定義為如下形式：

其中，p為冪指數。