[发明专利]一种动态事件驱动的多机器人固定时间饱和控制方法

说明书

本发明涉及一种动态事件驱动的多机器人固定时间饱和控制方法。本发明首先给出了动态事件驱动机制，该机制通过引入一个内部动态变量,利用内部动态变量的非负性，来避免多机器人系统形成编队后产生的Zeno行为，同时又使得多机器人系统节省了通信资源，延长了控制器的寿命。然后，设计了固定时间饱和控制器，能够使多机器人系统在满足控制输入饱和约束下，仍然能够给定时间内能快速完成编队任务，且不受机器人初始状态的影响。本发明弥补了传统控制的不足，设计的动态事件驱动的多机器人固定时间饱和控制方法不但节省了多机器人系统通信资源，保证没有Zeno行为发生，在控制输入饱和约束下，控制多机器人在给定时间范围内快速完成编队任务。

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种动态事件驱动的多机器人固定时间饱和控制方法。

背景技术

多机器人协同控制应用于许多领域，如无人机编队、环境监测、遇险营救等复杂任务。其中：编队任务是多机器人协同控制中最基本任务之一。在传统的多机器人编队控制方法中，固定时间控制方法是一种有效的编队控制方法，该方法能够不依赖于机器人的初始状态而在给定时间范围内，完成多机器人的编队任务。并且，通过使用静态事件驱动机制，节省系统的通信资源。然而，使用静态事件驱动机制的固定时间编队控制方法，在多机器人编队形成后，存在Zeno现象。这就意味着，在多机器人系统按照编队方式稳定运行时，静态事件驱动机制失效，多机器人系统仍然需要连续通信维持系统编队队形，因此，通信资源没有得到有效节省。在另一方面，由于机器人的驱动能力有限，控制输入饱和是多机器人系统普遍存在的一种控制约束，如果处理不当会导致系统性能下降甚至失稳。而传统的编队控制方法没有有效的考虑这一点。因此，在这一背景下，本发明弥补了现有技术的不足。

发明内容

本发明的目标是针对现有技术的不足，提供一种有效的多机器人编队控制方法，使得多机器人系统在受输入饱和的影响下完成编队任务，同时节省系统通信资源，并且在完成编队任务后，事件驱动机制仍然正常工作。首先为了节省系统通信资源，设计了一种动态事件驱动机制，该机制引入了一个动态变量，由于该变量具有非负性，这在解决Zeno行为上发挥重要的作用。接着，将提出的动态事件驱动机制与固定时间控制算法相融合，得到动态事件驱动的固定时间控制方法。最后，引入控制输入饱和，给出动态事件驱动机制的固定时间饱和控制算法。

一种动态事件驱动的多机器人固定时间饱和控制方法，该方法具体如下：能独立运行在机器人群体中每个机器人的控制系统中，对于第i个机器人，i＝1，2，...，n，n是机器人的数量,该方法的具体步骤如下：

第一步：计算多机器人系统的常用参数数据，具体步骤如下：

a)建立多机器人系统的邻接矩阵A＝[a_ij]；如果第i个机器人能够和第j个机器人通信，则a_ij＞0，否则，a_ij＝0，i＝1，2，...，n，j＝1，2，...，n；

b)建立机器人群体的拉普拉斯矩阵

其中：

c)设定一个虚拟领导者，即虚拟机器人，具有位置x₀(t)和速度v₀(t)；虚拟领导者的所有计算在任意一个实体机器人上完成；如果虚拟领导者能够和第i个机器人通信，则a_i0＞0；否则，a_i0＝0，i＝1，2，...，n；

d)建立矩阵其中：diag{a₁₀，...，a_n0}是对角矩阵；建立矩阵其中：是克罗内克积；I_m是m×m的单位矩阵；m是机器人状态向量的维数；

第二步：建立多机器人动力学模型，具体步骤如下：

a)第i个机器人的动力学模型表示为：