[发明专利]多移动机器人的二自由度分数阶协同控制方法

说明书

具有分数阶模型的多移动机器人的二自由度协同控制方法，步骤如下：1)根据移动机器人在草地上或者玻璃上滑行时的特性，获取单个移动机器人的分数阶模型2)根据模型参数确定能够保证单个机器人稳定的个体控制器的稳定集合；3)通过粒子群算法获取满足鲁棒性的最优控制器参数；4)将个体控制器和原来的模型结合成新的模型，求得耦合控制器的稳定集；5)在所求取的耦合控制器稳定集中通过粒子群算法选取最优控制参数，并执行分数阶PID控制程序，使多移动机器人系统完成协同控制。

技术领域

本发明涉及多移动机器人的二自由度分数阶协同控制方法。

背景技术

多移动机器人系统是分布式人工智能系统领域的一个相当重要的分支。多移动机器人系统在20世纪80年代后期已经成为分布式人工智能研究中的主要研究对象。研究多移动机器人系统的主要目的是功能相对简单的多个移动机器人之间进行分布式协同控制，完成复杂任务，为在极端环境下的作业提供了可靠的支持。

关于多移动机器人的研究主要包括移动机器人的知识、目标、技能、规划等，以及移动机器人在解决问题时的协调行动。研究者主要研究移动机器人个体之间的信息交互、协同合作、冲突解决等方面，注重多个移动机器人之间的紧密群体合作，而不是单个移动机器人能力的自治和发挥，说明如何分析、设计和集成多个移动机器人，从而构成互相协作的系统是主要目标。

所谓一致性，即在一个多移动机器人系统中，所有的移动机器人最终状态能够趋于一致。一致性问题的出现主要源于合作控制问题。对于多移动机器人系统的合作控制问题，移动机器人之间共享信息是保证合作的一个前提条件，共享信息可以以多种形式出现，比如说一个共同的目标，一种共同的控制算法，或者相对的位置信息。当一组移动机器人要合作共同去完成一项任务，合作控制策略的有效性表现在，多移动机器人必须能够应对各种不可预知的形势和环境的改变，这就要求移动机器人随着环境的改变能够达到一致。因此，多移动机器人达到一致是实现协调合作控制的一个首要条件。

近年来，针对多移动机器人控制的分析与研究，已在一致性和协同控制方面取得了很大的进展。Li在文献Distributed consensus of linear multi-agent systems withadaptive dynamic protocols(Automatica,2013,49(7):1986-1995.)中对具有领导和没有领导的线性多智能体系统，分析了系统一致性问题。Philip在文献Adaptive ConsensusControl for a Class of Nonlinear Multiagent Time-Delay Systems Using NeuralNetworks(IEEE transactions on neural networks and learning systems,2014,25(6):1217-1226.)中对于一类具有时滞的非线性多智能体系统，介绍了自适应神经网络一致性控制方法。Yu在文献Distributed control gains design for consensus in multi-agent systems with second-order nonlinear dynamics(Automatica,2013,49(7):2107-2115.)中基于相邻智能体的局部信息对每个跟随者提出了一个分布式自适应律。上述研究针对的机器人模型都是整数阶的模型。对于滑行在草地或者玻璃上的移动机器人而言，它的动力学模型是分数阶的，以上的控制算法无法从根本上进行系统设计使整个多移动机器人系统满足一定的性能指标要求，也很难灵活地实现不同的全局控制目标。

发明内容

本发明克服现有技术的上述缺点，提供一种针对草地或玻璃环境下的多移动机器人的二自由度分数阶协同控制方法，改善分数阶移动机器人的一致性和协同控制。