[发明专利]一种多智能体编队跟踪控制方法及系统

权利要求书

1.一种多智能体编队跟踪控制方法，其特征在于，包括：

获取各个智能体的位置；

根据各个智能体的位置确定领航者、跟随者以及各所述跟随者相对领航者的位置状态，从而得到智能体编队；

引入增广对象，建立所述智能体编队的故障和饱和模型；

以领航者的状态为参考，确定利用所述故障和饱和模型实现时变编队跟踪的目标函数；

利用一阶滤波器的输出信号和增广对象的输出信号建立饱和约束下的自适应容错控制律，确定所述控制律的参数，得到自适应容错和抗饱和控制律；

以所述目标函数为控制目标，按照所述自适应容错和抗饱和控制律对各个智能体进行控制；

所述引入增广对象，建立所述智能体编队的故障和饱和模型，具体包括：

对执行器进行建模：

u_iF＝ρ_i(t)sat(u_i(t))+u_ib(t)

其中u_iF为驱动控制输入，u_i(t)为控制输入指令，u_i(t)∈R^m；u_ib(t)为执行器偏差，u_ib(t)∈R^m；ρ_i(t)为执行器效率矩阵，ρ_i(t)＝diag{ρ_i1(t),ρ_i2(t),...,ρ_im(t)}，0＜ρ_ij(t)≤1；sat:R^m→R^m为标准饱和函数，sat(u_ij(t))＝sgn(u_ij(t))min(|u_ij(t)|,u_M)，u_M为执行器物理特性相关的饱和值；ρ_ij(t)＝1，u_ibj＝0时，表示无智能体故障；若0＜ρ_ij(t)＜1，则表示执行器的第j通道失去了部分效率；若u_ibj≠0，表示执行器的第j通道存在输出偏差；u_ij(t)表示第j个通道控制输入指令，u_ibj表示第j个通道的执行器偏差；

引入假设条件：执行器偏差u_ib(t)未知但有界，满足|u_ib(t)|≤d_i，其中d_i为未知待估计的正的常数；执行器效率矩阵的元素ρ_ij(t)未知但有界，满足ρ_ij≤ρ_ij≤1，其中ρ_ij为未知待估计的正的常数；

引入双曲正切函数，令u_i＝f(u_ic)，其中f(u_ic)＝u_Mtanh(u_ic)，从而将执行器模型转化为：

u_iF＝ρ_i(t)f(u_ic(t))+u_ib(t)

引入增广对象，并将转化后的执行器模型代入领航者与跟随者的动态线性方程，得到：

其中α_ic为控制信号，u_ic为增广对象的状态，u_ic∈R^m；f(u_ic)为增广对象的输出信号；所述领航者与跟随者的动态线性方程为：

其中x_k，x_i分别为领航者和跟随者的状态x_k∈Rⁿ，x_i∈Rⁿ；为x_k(t)的微分；为x_i(t)的微分；A，B为系统矩阵和控制分布矩阵A∈R^n×n，B∈R^n×n；u_iF为包含失效与饱和特性的控制输入，H为领航者编号集合，F为跟随者编号集合；

所述利用一阶滤波器的输出信号和增广对象的输出信号建立饱和约束下的自适应容错控制律，确定所述控制律的参数，得到自适应容错和抗饱和控制律，具体包括：

利用公式确定第一虚拟控制律；其中S_i1为跟随者的第一个动态面，跟随者i的当地编队跟踪误差，θ_i(t)＝x_i(t)-h_i(t)；a_ij、a_ik为系统邻接矩阵元素，若智能体i为智能体j邻居，那么a_ij＝1，否则a_ij＝0；若智能体i为智能体k邻居，那么a_ik＝1，否则a_ik＝0；表示自适应时变增益c的估计；表示，故障参数边界的估计；表示故障参数边界的估计；ρ_i＝min(ρ_i1,ρ_i2,...,ρ_im)；P为正定矩阵，P∈R^n×n；v_i(t)为时变编队h_i(t)相关的补偿信号；σ_i是正的常数；

利用公式

确定估计参数和的控制律；其中κ_i，μ_i为正的常数；

利用公式计算补偿信号v_i(t)；

利用公式AP+PA^T-ηBB^T＜0计算正定矩阵P；

令信号α_i1(t)通过一阶滤波器，时间常数为τ：

β_i1(0)＝α_i1(0)

其中β_i1(t)为α_i1(t)通过一阶滤波器后得到的输出信号；

利用公式确定自适应容错和抗饱和控制律；其中S_i2(t)表示第二个动态面，S_i2(t)＝f(u_ic)-β_i1(t)；K为第二个动态面S_i2(t)的增益；且自适应容错和抗饱和控制律中各个参数的约束条件为：

其中ε、γ_i为正的常数，i＝1,2,3；ρ＝min{ρ₁,ρ₂,…,ρ_M}；λ_M为矩阵L₁的最大特征根；λ₁表示矩阵L₁的最小特征根，λ_min()表示计算矩阵的最小特征根的函数，λ_max()表示计算矩阵的最大特征根的函数，d_i、ρ_im和η均为未知待估计的正的常数，I_M为M维单位矩阵，I_n为n维单位矩阵。