[發明專利]一種基于擴展干擾觀測器的多智能體尋跡編隊控制方法

在審

• 申請號: 202210539180.5
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114895562A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 田玉平;何猛;姚永琪;劉崧;趙月騰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于擴展干擾觀測器的多智能體尋跡編隊控制方法，包括以下步驟：S1、建立含有外界風速場擾動的智能體動力學模型；S2、基于智能體動力學模型設計非線性擴展擾動觀測器；S3、基于擾動的估計設計尋跡編隊控制器。本發明控制方法簡單可靠，精度較高，可有效抑制復雜環境擾動對多智能體尋跡編隊系統的不利影響，可用于野外協同信息采集等。

技術領域

本發明涉及多智能體編隊控制領域，具體是一種基于擴展干擾觀測器的多智能體尋跡編隊控制方法。

背景技術

近年來，隨著網絡通信技術和傳感器技術的快速發展,人們將傳感器安裝于多個移動智能體上，形成移動傳感器網絡，用于實現對某一大面積區域的最優探測，為了利用有限的資源來提高數據采集的精度，每個智能體追蹤各自預定的軌道的同時，相鄰智能體之間需要通過相互協作以保持期望的隊形，即尋跡編隊控制問題。隨著移動智能體產品日益成熟，搭載傳感器設備的多智能體系統被廣泛應用于軍事和民用領域中。例如美國航空航天局和歐洲太空局的空間航天器項目LISA(Laser Interferometer Space Antenna)，就是通過控制多個航天器形成圍繞太陽旋轉的等邊三角形編隊，通過協同觀測不同的低頻引力波來探索宇宙和天體。

當前，尋跡編隊控制方法大都忽略外界流場對多智能體協同控制系統的影響，即使考慮了外部流場的作用，也只是針對已知時不變流場的情況，如中國專利ZL201010552508.4“基于軌道擴展的多機器人的尋跡編隊控制方法”，以及中國專利201310318275.5“一種二維定常風速場中多機器人的尋跡編隊控制方法”。然而，在實際環境中，無論是在海里還是地面、天空都避免不了流速場(如風速場，洋流場)的影響，而且由于環境的復雜性，傳感器很難精確的得到其強度。針對未知干擾，干擾觀測器是一種能在缺乏干擾信息的情況下，利用系統信息估計干擾，但是傳統干擾觀測器只能適用于慢時變擾動，對于快速變化的擾動估計精度有限，而擴展干擾觀測器能夠利用干擾的導數精確地估計未知干擾。基于上述問題，一種基于擴展干擾觀測器的多智能體尋跡編隊控制方法由此產生。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于擴展干擾觀測器的多智能體尋跡編隊控制方法，該方法簡單可靠，控制精度較高，可應用于未知復雜環境中協同信息采集等領域。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于擴展干擾觀測器的多智能體尋跡編隊控制方法，包括以下步驟：

S1、建立含有外界風速場擾動的智能體動力學模型；

S2、基于智能體動力學模型設計非線性擴展擾動觀測器；

S3、基于擾動的估計設計尋跡編隊控制器。

作為優選，所述步驟S1中，根據智能體自身的線速度、角速度、偏航角度以及未知流場干擾，建立含有外界風速場擾動的智能體動力學模型。

作為優選，所述智能體動力學模型如下所示：

其中：表示智能體i重心在慣性坐標系中的坐標，θ_i為智能體i本身的偏航角度，v_i和ω_i分別為智能體i本身的線速度和角速度，u_i和τ_i為系統的兩個獨立控制輸入，

d_i(t,z_i)＝[d₁(t,z_i),d₂(t,z_i)]^T(||d_i||≤d_M＜∞)為智能體i所受未知流場。

作為優選，所述步驟S2中，擴展干擾觀測器如下式所示：