[发明专利]一种基于采样数据的多运动体系统编队控制装置及方法

权利要求书

1.一种基于采样数据的多运动体系统编队控制装置，其特征在于，包括图像采集处理模块、传感器模块、无线通信模块和控制模块；

所述图像采集处理模块，用于拍摄运动体运动图像并交由计算机计算出实际位置坐标，最后反馈给相应运动体，同时采集周围环境的信息，动态地调整编队信息；

所述传感器模块，设置在运动体上，用于测量运动体自身和邻居的距离，或运动体自身和领导者的距离；

所述无线通信模块，用于运动体之间，以及运动体与计算机之间的通信；

所述控制模块，设置在运动体上，用于将采集数据融合，执行编队控制算法。

2.一种基于采样数据的多运动体系统编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在预设的多运动体网络中布置多个运动体并对运动体进行编号，设置系统通信拓扑；

步骤2：建立运动体的运动模型，给定编队信息，确立控制目标；

步骤3：构建基于采样数据和观测器的编队控制算法；

步骤4：各运动体通过无线通信网络周期性地获取邻居或领导者的位置信息，将采集的数据进行融合，执行编队算法，实现编队控制。

3.根据权利要求2所述的基于采样数据的多运动体系统编队控制方法，其特征在于，步骤1所述的在预设的多运动体网络中布置多个运动体并对运动体进行编号，设置系统通信拓扑，具体如下：

在预设的多运动体网络中布置多个运动体并对运动体进行编号，其中领导者编号为0，跟随者编号为i，i＝1,2,3，...,N,N≥3，每个跟随者能够和邻居运动体进行通讯以获取邻居运动体的位置信息，且跟随者和邻居运动体的这种交互是双向的；跟随者和领导者的交互是单向的，只允许领导者向跟随者发送信息，且至少有一个跟随者能够获得领导者的信息；采用图G来描述跟随者之间的通讯拓扑，A＝[a_ij]_N×N为邻接矩阵，L为Laplacian矩阵；定义b_i表示第i个跟随者和领导者之间的通信权重，若跟随者能接收到领导者的信息，则b_i＞0，否则b_i＝0，定义B＝diag{b₁,…,b_N}。

4.根据权利要求2或3所述的基于采样数据的多运动体系统编队控制方法，其特征在于，步骤2中所述的建立运动体的运动模型，具体如下：

所述的多运动体系统为二阶非线性系统，其中跟随者的动力学模型为：

领导者的动力学模型为：

其中，x_i,v_i∈R分别表示第i个运动体位置、速度状态，f(t,x_i,v_i)是运动体的非线性项，u_i,d_i∈R分别表示第i个跟随者的控制输入和外部干扰，x₀、v₀分别表示领导者的位置、速度状态，f(t,x₀,v₀)是领导者的非线性项。

5.根据权利要求4所述的基于采样数据的多运动体系统编队控制方法，其特征在于，步骤2中所述的确立控制目标，具体如下：

对存在ε＞0，ν＞0，使得和成立，其中h_i和分别为第i个运动体的位置信息和速度编队信息，h₀、分别为领导者的位置信息和速度编队信息。