申请/专利权人：西北工业大学

申请日：2021-03-12

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN113031554B

主分类号：G05B19/418

分类号：G05B19/418

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2021.07.13#实质审查的生效;2021.06.25#公开

摘要：本发明提供了一种二阶多智能体系统固定时间领跟一致性控制方法，利用TimeBaseGenerator设计二阶多智能体系统固定时间领跟一致性算法来避免过大的控制输入需求，从而更有效地解决二阶多智能体固定时间领跟一致性问题，基于TimeBaseGenerator的固定时间方法在调节稳定时间上界时仅需调整一个算法参数，避免了调节过多参数所导致的其它不确定性。通过该算法，在任意初始状态下，二阶多智能体系统的多个跟随者都能够在给定时间内跟踪上领导者的状态。本发明不容易造成系统输入饱和，更简单适用且降低了因调节参数而带来的系统不稳定性。

主权项：1.一种基于TimeBaseGenerator的二阶多智能体系统固定时间领跟一致性控制方法，其特征在于包括下述步骤：包括以两个方面：分别是在无向通信条件下基于TimeBaseGenerator的二阶多智能体系统固定时间领跟一致性计算和在有向通信条件下基于TimeBaseGenerator的二阶多智能体系统固定时间领跟一致性计算；一无向通信条件下基于TimeBaseGenerator的二阶多智能体系统固定时间领跟一致性计算一个含有n+1个智能体的二阶积分器型多智能体系统，其中1个为领导者，剩余n个为跟随者，n个跟随者之间通信拓扑图为无向连通图，领导者仅与部分跟随者保持通信，利用积分器对多智能体系统进行数学建模方式；领导者系统模型如下： 其中，x0∈R为领导者的位置，v0∈R为领导者的速度，和分别为x0和v0的导数，u0∈R为领导者的控制输入，并假设u0≤umax，umax为领导者的最大加速度；跟随者系统模型如下： 其中，xi∈R，vi∈R和ui∈R分别为跟随者的位置、速度和控制输入，di为有界扰动且满足|di|≤dmax；步骤1.1：为除领导者外每一个智能体构建分布式固定时间状态观测器；为每一个跟随者设计基于TimeBaseGenerator的固定时间分布式状态观测器观测自身与领导者的相对状态信息；原有的TimeBaseGenerator函数ξt如下： 其中，ts为任意设置的稳定时间上界；构建的TimeBaseGenerator函数如下： 其中ts1,ts2,ts3,ts4为稳定时间上界，且0≤ts1≤ts2≤ts3≤ts4；令函数kt如下： 其中，κ1,κ2,κ3,κ4∈R+，δ1,δ2,δ3,δ4∈R+，通过八个参数调节系统的收敛精度，取κ1,κ2,κ3,κ4≥1，0δ1,δ2,δ3,δ4≤0.1；令表示第i个智能体与领导者的位置偏差，表示第i个智能体与领导者的速度偏差，设计固定时间分布式状态观测器pi和qi分别观测和具体结构如下： 令矩阵Q＝L+B，L为跟随者对应的拉普拉斯矩阵，B＝diag{a10,...,an0}，如果ai0＝1，代表第i个智能体与领导者保持通信，令λ1Q为矩阵Q的最小特征值，令p0＝0，q0＝0，b1∈R+，c1∈R+并且满足b1≥1，c1＞umax+dmax；如果aij＝1，代表着第i个智能体与第j个智能体之间有通信，若无通信则aij＝0；观测器qi在ts1时刻内完成领导者与自身速度误差的观测，观测器pi在ts1+ts2时刻内完成领导者与自身位置误差的观测，即观测器将在t1＝ts1+ts2时刻内完成所有观测；步骤1.2：为除领导者外每一个智能体构建固定时间控制器；利用滑模控制方法设计控制器；利用TimeBaseGenerator设计出固定时间滑模面，当系统状态位于滑模面上时，系统将会在固定时间内滑到平衡位置，再根据滑模面设计控制输入，使得系统在固定时间内从初始位置移动到滑模面上；构造固定时间滑模面如下： 构造固定时间控制器如下： 其中令t1＝ts2，ρ≥dmax+umax+1；步骤1.3：将控制器8和观测器6代入公式2；多智能体系统将在固定时间内实现： 其中，T＝ts4为预先设定的稳定时间上界，即固定时间，ρ1,ρ2∈R+为常数，根据系统精度进行调节，ρ1,ρ2越小，要求系统精度和控制输入饱和上限越高，至此无向通信条件下基于TimeBaseGenerator的二阶多智能体系统固定时间领跟一致性算法设计完毕；二有向通信条件下基于TimeBaseGenerator的二阶多智能体系统固定时间领跟一致性计算；一个含有n+1个智能体的二阶积分器型多智能体系统，其中1个为领导者，剩余n个为跟随者，n个跟随者之间通信拓扑图存在一个有向生成树，领导者为根节点，智能体系统模型如公式1和公式2所示；步骤2.1：为除领导者外每一个智能体构建分布式固定时间状态观测器： 令H＝L+B，其中L∈Rn×n是一个由跟随者组成的有向图所对应的拉普拉斯矩阵，非负对角矩阵B＝diag{a10,...,an0}至少有一个元素大于零，如果ai0＝1，代表第i个智能体能直接获取领导者状态信息；定义y＝[y1,...,yn]T＝H-T1n，Y＝diag{y1,...,yn}，λ1Q为矩阵Q的最小特征值，p0＝0，q0＝0d0＝0，b1∈R+和c1∈R+为常数，并且满足步骤2.2：为除领导者外每一个智能体构建固定时间控制器；有向通信条件下的二阶多智能体领跟一致性控制器设计与无向通信条件下相同，控制器如公式8所示；步骤2.3：将控制器8和观测器10代入多智能体系统的公式2，多智能体系统将在固定时间内实现公式9所示的二阶多智能体系统固定时间领跟一致性。

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百度查询： 西北工业大学 一种二阶多智能体系统固定时间领跟一致性控制方法

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