[发明专利]基于快速有限时间一致性协议的多智能体系统的编队方法

说明书

本发明公开了一种基于快速有限时间一致性协议的多智能体系统的编队方法，在传统有限时间控制方法的基础上充分利用现有的机体间交互的信息，将智能体系统中的每个智能体的绝对位置偏移项引入到控制协议中，同时在不实质改变已有的拓扑结构的前提下，利用中继思想，提高群体中每个智能体所能获得状态信息的能力。在有限时间一致性协议和渐近一致性协议相互融合的基础上，实现多智能体的快速有限时间编队，从而有效解决了有限时间编队方法在现实工程应用中耗时过长的局限性。

技术领域

本发明涉及多智能体编队运动技术领域，特别是一种基于快速有限时间一致性协议的多智能体系统的编队方法。

背景技术

多智能体系统被广泛应用于飞船探测、灾难调查、网络传感器等等实际生活中，也因此多智能体的分布式协同控制在近年来一直是一个很多人关注的研究热点。在对于多智能体分布式控制的研究中，一个核心的问题就是如何利用好自身和近邻智能体的信息来设计分布式控制策略，使得所有的智能体的状态可以达到一致，这也就是大家所熟知的一致性问题。多智能体系统的一致性控制策略可以分为很多种类，但依据不同的控制目标可以分为两类。第一类是控制策略使得多智能体系统的位置收敛到一个常值，第二类是控制策略使得多智能体系统的位置和速度都收敛到一个常值(这个常值一般都不为零)；依据控制对象又可以分为一阶一致性协议和二阶一致性协议两类。

在系统稳定性的角度，一般的多智能体编队控制实现的渐近收敛是在无限时间段上的收敛，跟随者无法在有限时间与领导者保持同步，而在现实工程中对于收敛速度的要求是越快越好，进而编队控制能否在有限时间内收敛是一个很重要的指标。除此之外，有限时间控制方法还可以在控制系统中存在外界扰动的情况下表现出更强的鲁棒性。近年来，有限时间一致性问题以及编队控制问题得到了广泛的研究，部分研究深入解析了受控系统的收敛特点，在拓扑结构固定的情况下设计了基于状态反馈的不连续协议；部分研究专注连续的有限时间一致性的控制算法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于快速有限时间一致性协议的多智能体系统的编队方法，在传统有限时间控制方法的基础上将多智能体系统中的每个智能体的绝对位置偏移的渐近稳定项引入到控制协议中，并且在满足不改变拓扑结构的前提下进一步融合二层邻居信息，实现多智能体系统的有限时间快速编队。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于快速有限时间一致性协议的多智能体系统的编队方法，所述多智能体系统包含n个智能体υ_i(i＝1,2,…,n)，智能体之间能够相互通信、传递智能体的状态信息，所述状态信息包含智能体的位置和智能体的速度；令智能体υ_i的邻居智能体υ_j(j＝1,2,…n)为智能体υ_i的一次邻居，智能体υ_j的邻居智能体υ_k(k＝1,2,…n)为智能体υ_i的二次邻居；

所述编队方法包含以下步骤：

步骤1)，基于各个智能体与其邻居智能体之间的相对位置偏差以及相对速度偏差，在通常一致性协议基础上附加相对位置偏差、相对速度偏差的分数幂项，并进一步将各个多智能体与其期望位置之间的绝对位置偏差引入到一致性协议中，得到多智能体系统的有限时间一致性算法；

步骤2)，在利用各个智能体与其邻居系统相对位置、相对速度信息基础上，进一步利用各个智能体与其二次邻居的相对位置、相对速度信息，更新多智能体系统的有限时间一致性算法，得到多智能体系统的有限时间收敛的快速一致性算法；

步骤3)，基于多智能体系统的期望队形形状以及期望速度，将智能体之间的期望距离偏差与期望速度融入多智能体系统的有限时间收敛的快速一致性算法，得到多智能体系统的有限时间收敛快速编队算法；

步骤4)，基于多智能体系统的有限时间收敛快速编队算法对多智能体系统进行编队。