[发明专利]一种低网络带宽条件下多飞艇鲁棒协同控制方法

权利要求书

1.一种低网络带宽条件下多飞艇鲁棒协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、根据飞艇结构与飞艇坐标系定义，建立飞艇系统动力学模型以及通信图模型；

其飞艇系统动力学模型表示为：

其中，v_i＝Bu_i，z_i1代表第i个飞艇在艇体坐标系z轴的位置，z_i2代表第i个飞艇在艇体坐标系z轴的速度，F_i为飞艇系统不确定非线性动态，B为控制增益，y_i为飞艇系统输出，u_i为飞艇系统输入向量，ω_i为外部扰动；

其通信图模型表示为：

其中，为N个飞艇组成的数集；是由一对飞艇组成的边集；为加权邻接矩阵，a_ij＝1或0表示飞艇j到飞艇i有或没有通信通道；

步骤S2、根据步骤S1中得到的飞艇系统动力学模型，设计线性扩张状态观测器对飞艇的内部状态及扩张状态进行估计，给出扩张状态观测器收敛的条件，并加入饱和方法，防止扩张状态观测器初期的峰化现象破坏系统稳定性；

其扩张状态观测器为：

其中，ε＜1为一个小的正常数，观测器增益L_i＝(l_i1,l_i2,l_i3)^T，满足为Hurwitz矩阵，变量的上标‘^’表示扩张状态观测器对相应状态变量的估计值，z_i3＝F_i(z_i,u_i,ω_i)；

饱和方法为：

其中，变量的上标‘–’表示采用了添加饱和函数之后的扩张状态观测器输出，M_m为饱和边界；

步骤S3、根据步骤S1中的通信图模型，采用均匀量化器，并基于量化器设计编码器和译码器，对进行通信的相邻两飞艇间的信号进行量化、编码、译码处理，使飞艇间通信带宽为1bps；

其量化器为：

其中，K∈{1,2,…}；

信号s_i在离散时间下进行传递，对于采样时间T，t＝kT(k＝0,1,2,3……)时刻信号记为s_i(kT)；

采用下列编码器γ_j，对信号s_j(kT)进行编码：

其中，ξ_j为编码器γ_j的内部状态，Δ_j为编码器γ_j的输出，β(·)为尺度函数；

飞艇j通过编码器γ_j和有限带宽数字网络将信号Δ_j发给其临近的飞艇i，而后飞艇i接受Δ_j，并用如下的译码器Ψ_ji对Δ_j进行译码：

其中，为译码器Ψ_ji的输出；

步骤S4、基于步骤S2设计的扩张状态观测器与步骤S3中设计的量化器、编码器、译码器，提出控制协议，使得相邻飞艇在1bps带宽下进行通信，达成多飞艇系统的协同；

记一个新的变量其中k0；根据线性系统理论，若有界且，Λ为常数，则多飞艇系统达成如下输出一致：

即多飞艇系统输出y_i的一致性问题可以转化为s_i的一致性问题进行设计；

基于扩张状态观测器、编码器、译码器，控制协议表示为：

t∈[kT,((k+1)T)],k＝0,1,..

其中，