[發明專利]一種無人集群系統韌性恢復的外同步控制方法

在審

• 申請號: 202210471919.3
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114911161A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 耿亮;安彧;王海鵬;劉顥;劉曉龍
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發明提出了一種無人集群系統韌性恢復的外同步控制方法，有效地解決無人集群系統面對不確定環境時恢復系統功能的問題。構建了無人集群系統網絡模型得到驅動網絡；輸入擾動或中斷事件信息得到響應網絡；監視響應網絡與驅動網絡的外同步誤差，并通過無人集群系統外同步誤差做出判斷是否需要進行控制；設計了控制器和5種控制策略，模擬控制調節后根據控制效率分析，得到恢復系統功能的最優策略。

技術領域

本發明屬于無人集群系統韌性恢復領域，尤其涉及一種無人集群系統韌性恢復的外同步控制方法。

背景技術

無人系統在工業領域用于危險物品的檢查收集和搬運，在太空和水下等危險復雜環境進行探測，在軍事領域可替代軍隊進行偵查和作戰，減少人員傷亡。集群系統的理論基礎是群體智能。來源于自然界中各種群居生物，其個體行為相對簡單，但形成群體之后卻能夠表現出神奇的群體智慧。集群系統是由大量低智能個體通過個體之間的局部交互使得群體涌現出高智能的動力學系統。無人集群系統是無人系統和集群系統的結合。大量人工個體組成用來完成特定任務的無人集群系統具有大規模性、開放性、高動態性及強魯棒性等典型特征，在工業、軍事等領域正在得到廣泛應用。無人集群系統在現實的運行環境中存在著大量的擾動，這些擾動包括惡劣天氣、人為干擾破壞等外部因素和組件故障、通訊中斷等內部因素。嚴重的擾動會造成無人集群系統節點的失效或鏈路中斷。面對不確定環境，無人集群系統迫切需要對干擾以及中斷等風險具有規避或事后快速恢復功能。魯棒性是系統的健壯性，強調“以不變應萬變”；柔性是系統的適應性，強調“以變應變”。面對復雜多變的不確定環境，大規模無人系統集群應該“剛柔并濟”，既有適應性，又有健壯性，還具有恢復能力，也就是一種韌性。韌性既有適應性和靈活性，也有對干擾的抵抗力，更強調恢復的能力。韌性可以定義為在中斷風險發生后恢復到初始狀態或更理想狀態的能力。

為了有效提高無人集群系統的韌性以應對各種不確定因素，本發明提出了一種采用外同步來度量無人集群系統韌性的模型，以及相應的控制算法。

發明內容

本發明提出了一種無人集群系統韌性恢復的外同步控制方法，有效地解決無人集群系統面對不確定環境時恢復系統功能的問題，具體步驟如下：

步驟1：構建無人集群系統網絡；

步驟2：輸入事件信息；

步驟3：監視響應網絡與驅動網絡的外同步誤差；

步驟4：無人集群系統外同步誤差判斷；

步驟5：控制器模擬控制調節；

步驟6：控制效率分析；

作為優選，所述步驟1具體如下：無人集群系統可以用一個無向圖G＝(V,E)表示；

其中，V＝{v_i}是無人系統中個體(及網絡中的節點)的集合，E＝{e_ij}代表各個節點之間的業務關系；

單個節點的動力學方程可以描述為

由于每個節點的狀態受到鄰居節點的影響；鄰接矩陣G_N×N＝[g_ij]_N×N表示各節點間的業務關系，當任意節點v_i和v_j存在業務關系時，g_ij＝1；否則g_ij＝0；鄰接矩陣G是一個對稱的非負矩陣；

無人集群系統的耦合動力學方程如下所示：