[发明专利]多刚体目标系统分布式自适应状态估计器控制律设计方法

权利要求书

1.一种多刚体目标系统分布式自适应状态估计器控制律设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定每一个刚体的全局状态误差，包括领导者动力学、角速度、姿态误差；

S2、为每一个跟随刚体设计分布式的自适应领导者状态估计器；

S3、给出包含拓扑信息和通信链路故障的充分条件来保证分布式状态估计器的存在性；

步骤S3实现过程如下：

S31、确定包含通信拓扑和通信链路故障的充分条件，具体条件如下：

(1)整个多刚体系统的通信拓扑初始状态包含一簇以领导者为根节点的有向生成树；

(2)领导者的角速度系统矩阵是临界稳定的；

(3)通信链路故障体现在对于通信权重的影响，这种影响及其导数是有界的；

(4)通信链路故障可以使得任意两个刚体之间的通信权重为0，即无通信；

(5)通信链路故障造成的通信拓扑改变，其有限时间内子图的并集存在一簇以领导者为根节点的有向生成树；

S32、根据以上提出的5点条件，根据Lyapunov稳定性理论，建立如下李雅普诺夫函数：

S4、利用确定性等价原理设计出全分布的单刚体控制律。

2.根据权利要求1所述的多刚体目标系统分布式自适应状态估计器控制律设计方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S11、对每一个刚体进行全局误差建模，得出每一个刚体相对于其邻居的误差总和；

首先对每一个刚体定义角速度和姿态估计器其中姿态估计器属于单位四元数空间，角速度估计器属于三维欧氏空间，得出每一个刚体的分布式估计误差：

其中H_i是每个刚体与其邻居刚体的分布式姿态误差，Γ_i是每个刚体与其邻居刚体的分布式角速度误差；

S12、制定领导者的动力学；

刚体系统的领导者动力学包括基于四元数表示的姿态动力学和角速度动力学：

其中表示领导者的角速度，表示领导者的姿态。

3.根据权利要求1所述的多刚体目标系统分布式自适应状态估计器控制律设计方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S21、根据步骤S1中所建立的单刚体分布式估计误差，设计估计器的动力学，具体形式如下：

其中α，β＞0，且为常数，每个刚体的自适应参数的初始值都大于1，a_ξi(0)，a_ηi(0)≥1。

4.根据权利要求1所述的多刚体目标系统分布式自适应状态估计器控制律设计方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

S41、建立每个刚体的自身动力学，具体形式如下：

其中是表示每个刚体自身参考系相对于惯性参考系的单位四元数，表示每个刚体相对于自身参考系的惯性张量，表示每个刚体的控制扭矩；

S42、建立每个刚体的误差系统，具体形式如下：

其中它们的动力学如下：

S43、根据步骤S3建立的包含通信拓扑和通信链路故障的状态估计器收敛充分条件，与步骤S2建立的基于自适应的状态估计器，运用确定性等价原理，重新建立如下的误差系统：

它们的动力学具有如下形式：

其中具有如下形式：

其中：

S44、设计临时变量，重新建立步骤S43中的误差系统：

其中

S45、完成上述系统建模后，设计如下控制律：

其中k_i2是一个大于0的常数。