[发明专利]一种多智能体系统合围控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种多智能体系统合围控制方法及系统。该方法包括：获取多智能体系统中所有智能体的状态数据；多智能体系统中M个智能体为领导者，N个智能体为跟随者；由跟随者对应的状态数据和跟随者对领导者的状态估计值，构建合围控制协议；由跟随者对领导者的状态估计值、通信拓扑切换函数、通信时延和领导者对应的状态数据，构建状态观测器；依据合围控制协议和所有智能体的状态数据构建线性多智能体系统模型；由线性多智能体系统模型和状态观测器，得到状态观测器误差和合围误差；当状态观测器误差和合围误差均收敛于零时，确定多智能体系统实现状态合围控制。本发明能实现时变通信时延和切换拓扑同时存在下的多智能体系统合围控制。

技术领域

本发明涉及协同控制技术领域，特别是涉及一种多智能体系统合围控制方法及系统。

背景技术

随着技术的进步，多智能体的协同控制具有广阔的应用前景。协同控制包含一致性控制、合围控制和编队控制等。合围控制是机器人系统协同控制领域中的重要课题之一，多智能体系统实现状态合围控制定义为跟随者的状态进入领导者状态张成的凸包的内部。

随着实际应用的要求，信息传输速率的有限性必然会导致通信存在时延，同时这种时延还会随着数据量的多少以及可用通信带宽的大小而改变，通信时延会改变系统的控制性能，甚至会使原本稳定的合围控制系统变得不稳定。因此需要对时变通信时延存在下的多智能体系统合围控制进行研究。由于队形的改变、通信设备的故障等原因，对智能体系统主体之间的通信拓扑会发生切换。拓扑的切换会改变系统的连通性及各主体之间的相互作用关系，导致个体之间无法进行协同，更无法实现合围控制，因此进一步研究拓扑切换下的合围控制也是重中之重。

随着一致性控制理论的的发展和完善，基于一致性的合围控制方法逐渐的到了广泛的应用。该方法仅利用邻居节点的相对信息设计本地控制器，结构较为简单，具有较好的稳定性和可扩展性。

目前，现有的基于一致性的分布式合围控制方法主要研究通信时延和切换拓扑单独存在下的合围控制。由于通讯时延和切换拓扑的广泛性，已有的单独考虑的控制器设计方法难以直接应用。因此，如何实现时变通信时延和切换拓扑同时存在下的多智能体系统合围控制成为目前亟待解决的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种多智能体系统合围控制方法及系统，以实现时变通信时延和切换拓扑同时存在下的多智能体系统合围控制。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多智能体系统合围控制方法，包括：

获取多智能体系统中所有智能体的状态数据；所述多智能体系统包括V个智能体，其中，M个智能体为领导者，N个智能体为跟随者；V＝M+N；

由跟随者对应的状态数据和跟随者对领导者的状态估计值，构建合围控制协议；

由所述跟随者对领导者的状态估计值、通信拓扑切换函数、通信时延和领导者对应的状态数据，构建状态观测器；

依据所述合围控制协议和所有智能体的状态数据构建线性多智能体系统模型；

由所述线性多智能体系统模型和所述状态观测器，得到状态观测器误差和合围误差；

判断所述状态观测器误差和所述合围误差是否均收敛于零；

当所述状态观测器误差和所述合围误差均收敛于零时，确定所述多智能体系统实现在通信时延和拓扑切换同时存在下的状态合围控制。

可选的，所述由跟随者对应的状态数据和跟随者对领导者的状态估计值，构建合围控制协议，具体包括：

由跟随者对应的状态数据和跟随者对领导者的状态估计值，构建初步合围控制协议；所述初步合围控制协议为