[发明专利]多移动机器人的二自由度协同控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及多移动机器人系统的协同控制方法。

背景技术

多移动机器人系统是分布式人工智能系统领域的一个相当重要的分支。多移动机器人系统在20世纪80年代后期已经成为分布式人工智能研究中的主要研究对象。研究多移动机器人系统的主要目的是功能相对简单的多个移动机器人之间进行分布式协同控制，完成复杂任务，为在极端环境下的作业提供了可靠的支持。

多移动机器人系统是由多个简单的移动机器人有机组合而成，它包含了两方面的基本特点：一方面需要多个移动机器人模块，设计由单个移动机器人形成的模块相对容易，这也保证了整个系统的良好的模块性并且方便扩展，同时也有效地降低了应用成本；另一方面，多移动机器人系统是一个注重协调的系统，在这个系统中的各个移动机器人的功能可以比较简单，但是它们通过互相之间的通信、合作、协调、调度、管理和控制能完成复杂的整体功能。

关于多移动机器人的研究主要包括移动机器人的知识、目标、技能、规划等，以及移动机器人在解决问题时的协调行动。研究者主要研究移动机器人个体之间的信息交互、协同合作、冲突解决等方面，注重多个移动机器人之间的紧密群体合作，而不是单个移动机器人能力的自治和发挥，说明如何分析、设计和集成多个移动机器人，从而构成互相协作的系统是主要目标。

所谓一致性，即在一个多移动机器人系统中，所有的移动机器人最终状态能够趋于一致。一致性问题的出现主要源于合作控制问题。对于多移动机器人系统的合作控制问题，移动机器人之间共享信息是保证合作的一个前提条件，共享信息可以以多种形式出现，比如说一个共同的目标，一种共同的控制算法，或者相对的位置信息。当一组移动机器人要合作共同去完成一项任务，合作控制策略的有效性表现在，多移动机器人必须能够应对各种不可预知的形势和环境的改变，这就要求移动机器人随着环境的改变能够达到一致。因此，多移动机器人达到一致是实现协调合作控制的一个首要条件。

近年来，针对多移动机器人控制的分析与研究，已在一致性和协同控制方面取得了很大的进展。Li在文献Distributedconsensusoflinearmulti-agentsystemswithadaptivedynamicprotocols(Automatica,2013,49(7):1986-1995.)中对具有领导和没有领导的线性多智能体系统，分析了系统一致性问题。Philip在文献AdaptiveConsensusControlforaClassofNonlinearMultiagentTime-DelaySystemsUsingNeuralNetworks(IEEEtransactionsonneuralnetworksandlearningsystems,2014,25(6):1217-1226.)中对于一类具有时滞的非线性多智能体系统，介绍了自适应神经网络一致性控制方法。Yu在文献Distributedcontrolgainsdesignforconsensusinmulti-agentsystemswithsecond-ordernonlineardynamics(Automatica,2013,49(7):2107-2115.)中基于相邻智能体的局部信息对每个跟随者提出了一个分布式自适应律。然而上述研究都集中于移动机器人个体间的网络拓扑特性，通过改变网络拓扑参数及移动机器人间的控制协议达到控制目标，而将单个移动机器人认为是具有一定动态特性的质点，无法从根本上进行系统设计使整个多移动机器人系统满足一定的性能指标要求，也很难灵活地实现不同的全局控制目标。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种多移动机器人的二自由度协同控制方法，改善多移动机器人的一致性和协同控制。

本发明提出了二自由度控制器稳定集的求法。二自由度控制器包括了两类控制器，一类是与移动机器人自身动态有关的个体控制器，其目的是控制移动机器人，使其达到稳定状态；另一类是影响网络拓扑动态的耦合控制器，其目的在于多移动机器人系统通过拓扑结构的信息交互使各个移动机器人的终值能够趋向一致。使用这两类控制器能分别有效地控制单个移动机器人的稳定性和整个多移动机器人系统的一致性，使得控制更加灵活，更加精确。这两类控制器的有机结合，能有效地提高多移动机器人系统的鲁棒性、快速性。