[发明专利]针对多智能体系统执行器失效故障的滑模容错控制方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应滑模控制的多智能体系统的容错控制方法。考虑二阶非线性多智能体系统发生执行器部分失效故障，结合自适应控制和滑模控制，提出一种容错控制方法。根据智能体之间的相对状态信息定义了一致性误差变量，基于一致性误差变量设计滑模面，给出了渐进稳定的充分条件，基于自适应边界估计的方法估计出故障的上界，从而最终构成完整的滑模容错控制器。本发明通过设计一种基于一致性误差变量的滑模面，简化了问题的复杂度；结合自适应控制和滑模控制的优点，所设计的容错控制律有良好的容错能力。本发明用于带有执行器部分失效故障的多智能体系统的容错控制。

技术领域

本发明涉及一种基于滑模控制的多智能体系统的容错控制方法，属于多智能体系统控制领域。

背景技术

很多具有信号采集、运算和通信能力的智能体，通过网络实现信息交互并协作以完成预定的任务，这就构成了多智能体系统。其中，多智能体系统的个体是具有一定自主行为的控制对象，如地面移动机器人、无人驾驶飞行器、远程智联传感器等。在多智能体系统中，所有的智能体相互协作，共同完成一项复杂的任务。多智能体系统的协同控制是通过设计分布式控制策略，使智能体之间利用局部的信息交换来实现一个共同的目标。随着控制计算和网络技术的发展，多智能体系统的应用也越来越广，普遍存在于我们的生活中。

多智能体系统实现任务的前提是每个智能体本身能够正常运行，一旦在运行中某个或多个智能体发生执行器故障，就可能因控制律不能完整地被执行而导致整体任务失败。由于智能体之间相互连接，单个智能体的故障很可能影响整个系统，甚至导致整个系统崩溃，无法完成任务，造成经济损失甚至人员伤亡。研究多智能系统的容错控制方法，对于提高复杂大系统的可靠性和安全性具有重要的现实意义。

执行器部分失效故障是一种常见的故障。近年来，一些学者研究了具有执行器部分失效故障的多智能体系统的容错控制问题。清华大学张旭等针对同时存在执行器部分失效故障和外部扰动的多智能体系统，设计了具有自适应增益补偿的容错控制律，实现了容错一致性。但是故障模型过于简单，仅适用于具有单个执行器的系统。重庆大学陈刚等针对存在执行器部分失效故障二阶多智能体系统，提出了基于故障检测的容错分配控制策略，但是未考虑系统固有的非线性。

发明内容

发明目的：本发明涉及一种基于滑模控制的多智能体系统的容错控制方法，属于多智能体系统控制领域。

技术方案：一种针对多智能体系统执行器部分失效故障的滑模容错控制方法，在多智能体系统存在执行器部分失效故障时，结合自适应技术，提出一种滑模容错控制方法，使得多智能体系统在发生执行器故障后能够正常运行；根据智能体之间的相对状态信息定义了一致性误差变量，据此设计了滑模面，求解出系统的滑动模态，然后结合自适应边界估计设计出滑模控制律，最终构成容错控制器，包括如下具体步骤：

步骤1)确定领航-跟随多智能体系统的模型及其参数，包括如下步骤：

步骤1.1)确定领航者的运动模型，如式(1)所示：

其中，和分别表示领航者在t时刻的位置和速度状态；为领航者的控制输入；是连续的向量值函数，表示领航者的固有非线性动力学行为；

步骤1.2)确定第i个跟随者的运动模型，如式(2)所示：

其中，表示第i个跟随者在t时刻的位置状态；表示第i个跟随者在t时刻的速度状态；表示发生执行器故障的第i个跟随者的控制输入；是连续的向量值函数，表示第i个跟随者的固有非线性动力学行为；对于式(1)和式(2)中的非线性函数f(x₀，v₀，t)和f(x_i，v_i，t)，存在非负的实数h₁和h₂满足式(3)：