[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

说明书

本发明公开了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，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；S4、利用确定性等价原理设计出全分布的单刚体控制律。本发明提出了存在通信链路故障情况下多刚体系统的分布式状态估计器及控制律设计，通过自适应策略消除了通信链路故障对于多刚体系统一致性控制律设计的影响，同时降低了对于通信拓扑连通性的要求，具有更好的普适性和灵活性。

技术领域

本发明属于多智能体分布式一致性控制领域，具体涉及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。

背景技术

协同控制是多智能体系统(MAS)控制中的一个重要研究内容，其在多个领域都用广泛的应用，例如卫星和航天器的姿态对准；飞行器的协同控制；无人机编队飞行等。分布式协同控制的一致性问题就是设计通信交换规则和控制律，指定双方的信息交换，使得所有的个体都可以收敛到统一的状态。

常规的一致性控制算法通常要求整个系统的通信拓扑具有以领导者为根节点的有向生成树，整个通信过程中拓扑不发生改变，并且通常假设通信权重是一个常数。在实际的应用中，由于存在通信链路故障(丢包、时延、量化误差、通信噪声等)，上述问题的存在增加了通信交互算法的指定困难。为了实现在通信链路故障情况下多刚体系统的一致性，对通信链路故障进行数学建模，引入自适应策略使得每个刚体在存在通信不确定性的情况下实现对于领导者状态的估计，进而将多刚体一致性问题转化为单刚体跟踪问题。

本发明给出了一种完全分布式的自适应估计器及控制律的设计方法，避免了对通信拓扑的依赖，具有更好的灵活性。

发明内容

发明目的：本发明提供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，放宽了多刚体系统姿态一致性对于通信权重的要求，排除了通信网络对全局信息的依赖，具有更强的鲁棒性和更好的灵活性。

发明内容：本发明提出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，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；

S4、利用确定性等价原理设计出全分布的单刚体控制律。

具体的，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。

具体的，所述步骤S2包括以下步骤：