[發(fā)明專利]一種分數(shù)階無人系統(tǒng)的有限時間多分組協(xié)同控制方法

在審

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• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114815597A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 紀(jì)良浩;吳容;楊莎莎;郭興;于南翔
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 重慶市恒信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

本發(fā)明請求保護一種分數(shù)階無人系統(tǒng)有限時間多分組協(xié)同控制方法，無人系統(tǒng)是多智能體系統(tǒng)控制領(lǐng)域的一種典型應(yīng)用，包括：確定系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)；設(shè)置系統(tǒng)中各個智能體分組所期望達到的一致值；對滿足牽制條件的智能體進行牽制；各個智能體向其鄰居智能體發(fā)送自身的位置信息，按照分組對接收到的鄰居智能體的信息進行劃分，得到同組及不同組智能體的位置信息；各智能體對接收到的信息進行處理，得到中間誤差變量，將分數(shù)階系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為與中間誤差變量相關(guān)的整數(shù)階系統(tǒng)；根據(jù)有限時間多分組一致控制協(xié)議對中間誤差變量進行處理，得到該智能體與鄰居智能體的位置誤差；將位置誤差代入動態(tài)方程以更新智能體的位置狀態(tài)，使得系統(tǒng)在有限的時間內(nèi)實現(xiàn)多分組一致。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多智能體系統(tǒng)控制領(lǐng)域。具體涉及一種分數(shù)階無人系統(tǒng)的有限時間多分組協(xié)同控制方法。

背景技術(shù)

近年來，研究者們受自然界中生物群集運動的啟發(fā)，提出了多智能體系統(tǒng)。多智能體系統(tǒng)具有自主性，分布性，協(xié)調(diào)性等優(yōu)點，并且具有很好的魯棒和可靠性，這在工程應(yīng)用中能解決許多實際問題，因此引起了計算機科學(xué)、控制工程等眾多領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和研究，并在各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中，無人系統(tǒng)是多智能體系統(tǒng)的一種典型應(yīng)用。

一致性問題作為多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制問題的基礎(chǔ)，其研究也具有重要的意義并成為協(xié)同控制中一個備受關(guān)注的領(lǐng)域。而分組一致性是一致性問題的一個拓展，其能更好地解決大規(guī)模任務(wù)及多任務(wù)的并行處理，從而提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率。分組一致性是指將系統(tǒng)中的智能體被劃分為多個子組，并與鄰居智能體相互協(xié)作，從而使整個系統(tǒng)最終達到多個平衡狀態(tài)。

分組一致性的核心問題主要在于控制協(xié)議的設(shè)計以及性能評估這兩方面。而收斂速度是用于評價控制協(xié)議性能的一項重要指標(biāo)。但目前大多數(shù)研究都是基于漸近一致的，即系統(tǒng)中各智能體的狀態(tài)在時間趨于無窮大時達到一個共同的平衡狀態(tài)值。然而，在實際應(yīng)用中，特別是針對某些對控制精度要求較高的系統(tǒng)，其對收斂時間的要求往往更加苛刻，通常需要系統(tǒng)在有限的時間內(nèi)趨于一致。此時，傳統(tǒng)的漸近一致已不能滿足控制工程中實際應(yīng)用的需求。因此，針對多智能體系統(tǒng)有限時間一致性控制就顯得尤為重要。

目前，對于多智能體系統(tǒng)有限時間一致性研究大都是基于整數(shù)階系統(tǒng)，而現(xiàn)實中的很多系統(tǒng)更適合用分數(shù)階系統(tǒng)去刻畫，例如粘彈性系統(tǒng)，電磁系統(tǒng)，金融系統(tǒng)等。此外，大多數(shù)研究所考慮的系統(tǒng)中僅存在合作關(guān)系或競爭關(guān)系。但事實上，由于資源有限，合作與競爭關(guān)系通常是并存的，例如群體決策中的支持-反對關(guān)系。對于將合作與競爭關(guān)系均考慮到系統(tǒng)中的研究，同組智能體之間僅存在合作關(guān)系，不同組智能體之間僅存在競爭關(guān)系。在現(xiàn)實環(huán)境中，由于有限的資源，組內(nèi)也存在競爭關(guān)系，而組間也存在合作關(guān)系以達到共贏。因此，在組內(nèi)與組間均存在合作及競爭關(guān)系這一更為復(fù)雜的場景下討論分數(shù)階多智能系統(tǒng)有限時間多分組一致更具實際意義。

此外，針對多智能體系統(tǒng)有限時間一致控制的研究大都對系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)要求較高，例如無向圖，有向圖需要滿足強連通、結(jié)構(gòu)平衡、細節(jié)平衡、含有向生成樹等，這些拓撲結(jié)構(gòu)均較為特殊或需要滿足一些相對苛刻的特定條件而不能完全適用于實際工程應(yīng)用。因此，在更一般的拓撲結(jié)構(gòu)(弱連通拓撲結(jié)構(gòu)) 下探討多智能體系統(tǒng)有限時間一致更有意義。對于復(fù)雜多智能體系統(tǒng)來說，在弱連通拓撲結(jié)構(gòu)下，一般很難通過內(nèi)部耦合達到一致。針對大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)來說，對所有的智能體都施加控制不僅會耗費巨大的財力物力，在實際的工程應(yīng)用中也并不現(xiàn)實。通過牽制控制方法對系統(tǒng)中的部分智能體進行牽制，不僅可以解決系統(tǒng)拓撲不連通的一致性問題，也能通過減少被控智能體的數(shù)量以降低控制成本。

綜上所述，基于智能體之間更為復(fù)雜的合作-競爭關(guān)系，開展弱連通拓撲結(jié)構(gòu)下分數(shù)階無人系統(tǒng)的有限時間多分組一致研究是非常有意義且必要的。