[发明专利]一种应用于网络化集群智能体系统的自适应编队方法

说明书

本发明提供了一种应用于网络化集群智能体系统的自适应编队方法，属于网络化集群智能体系统编队控制技术领域，包括：使用一致性区域分析方法对网络化集群智能体系统的编队稳定性进行描述，设计自适应时变编队控制器的基本形式；使用自适应参数设计方法对自适应时变编队控制器的耦合强度进行动态设计，将基于分布式局部相对信息的测量设计为耦合强度的增长速度；将自适应时变编队控制器带入到网络化集群智能体系统形成闭环系统，运用自适应分析和Lyapunov方法对闭环系统的编队稳定性进行分析，实现网络化集群智能体系统的时变编队。该方法保证自适应控制器的对网络化集群智能体系统时变编队的稳定性，实现对网络化集群智能体系统的自适应时变编队设计。

技术领域

本发明属于网络化集群智能体系统编队控制技术领域，具体涉及一种应用于网络化集群智能体系统的自适应编队方法。

背景技术

多无人机协同编队作战飞行是未来无人机发展的一个重要趋势，拥有广阔的发展前景。但因为随着作战要求的不断提高和防空体系的日益完善，依靠单架无人机来执行作战任务已经不能满足当前和未来的作战需求，而以编队形式执行作战任务的无人机群，通过相互的能力互补和行动协调，能有效的克服单架无人机的战技性能不足，减小目标探测、跟踪盲区，提高完成指定作战任务的效能。网络化集群智能体系统编队控制技术是实现多无人机协同编队作战的重要理论基础。针对不同集群智能体系统的不同编队目标，可以设计不同的编队控制器，比如集中式的编队控制器，跟随领导者的编队控制器，基于行为法的编队控制器等。特别地，北大学者Z.Li提出了基于一致性区域的分布式协同控制器，并成功将其应用到编队控制器的设计当中。相比于传统的编队控制方法，基于一致性区域的分布式协同控制具有去中心化、强鲁棒性等优点，在网络化集群智能体系统编队控制中具有广阔的应用前景。

但是，针对不同的集群智能体系统，分布式协同编队控制器的耦合强度对应的一致性区域往往呈现出间歇和不连续特性，这使得分布式协同编队控制器的设计过程变得非常复杂，而且耦合强度设计过程往往依赖于网络化集群智能体系统的全局参数。然而，全局参数的获取无疑会增加网络化集群智能体系统编队控制器设计的难度。目前并不存在网络化集群智能体系统编队控制器耦合强度设计的标准方法，其设计参数的选择只能通过试凑的办法来实现，设计效率极低。因此在满足控制系统稳定性与性能要求的前提下，设计一种专门应用于网络化集群智能体系统的耦合参数自适应编队控制方法具有相当紧迫的现实和理论意义。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种应用于网络化集群智能体系统的自适应编队方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种应用于网络化集群智能体系统的自适应编队方法，包括以下步骤：

步骤1：使用分布式协同编队中的一致性区域分析方法对网络化集群智能体系统的编队稳定性进行描述，设计自适应时变编队控制器的基本形式，其中耦合强度的初始值选为大于1的常数；

分布式协同编队中的一致性区域分析方法具体是：对于不同的集群智能系统动力学特征和网络拓扑结构，实现编队的一致性区域是不同的，根据结构特征，一致性区域可以分为联通的和不联通的。一致性区域分析方法就是通过分析指定的动力学和网络拓扑结构，进行数值计算，得出一致性区域的结构特征，人工选取耦合强度，使得耦合强度落在一致性区域当中，从而保证网络化集群智能体系统的的结构稳定性；

步骤2：使用自适应参数设计方法对所述自适应时变编队控制器的耦合强度进行动态设计，将基于分布式局部相对信息的测量设计为耦合强度的增长速度；

自适应参数设计方法具体指：通过局部的相对测量信息，设计耦合强度的自适应动态变化率：自适应的更新耦合强度，自适应的使得耦合强度最终落在合适的一致性区域当中，避免了分析一致性区域时带来的计算复杂性等难点；