[发明专利]一种完全分布式保性能通信容错编队控制方法

说明书

本发明公开了一种完全分布式保性能通信容错编队控制方法，包括：Step1：根据应用场景需求设定系统矩阵A和输入矩阵B的值；Step2：设定性能优化增益矩阵Q的值；Step3：编队向量f(t)设定；Step4：编队可行性判断；Step5：设定一个平移因子γ；Step6：对于给定的系统故障水平选择适当取值的标称收敛速率δ和放缩因子μ，使得系统可容错条件成立；Step7：对于给定的参数δ、μ、γ和Q，求解一个同时满足不等式FBB^TF‑μF≤0和FA+A^TF+δF‑γFBB^TF+2Q≤0的F；Step8：将F带入K＝B^TF和W＝FBB^TF，求解控制增益矩阵K和权重增益矩阵W；Step9：根据Υ的表达式求解保性能成本值，实现系统的保性能编队设计；Step10：保性能容错编队效果验证。本发明通过合理设定参数，可实现保性能容错时变编队控制，系统容错率可接近100％。

技术领域

本发明属于优化容错编队控制领域，具体涉及一种完全分布式保性能通信 容错编队控制方法。

背景技术

编队控制作为协同控制领域的一项重要内容，在社会生产和军事应用中都 有广泛的应用，包括卫星编队、多机器人协同、无人机编队飞行、军事监察和 区域覆盖等。在对多智能体系统进行编队控制的过程中，由于能量的限制或控 制性能的要求，不仅要考虑系统能否实现编队控制，还要考虑编队控制调节性 能的优化设计。在实际应用中，多智能体系统可能出现通信链路暂时中断、外 部扰动、智能体传感器故障以及网络注入信息丢包等情况，导致智能体之间在 传输状态信息时出现间歇式通信故障，需要研究相应的通信容错编队控制方法。 现有的关于优化容错编队控制算法的研究，大多需要用到作用拓扑拉普拉斯矩 阵或其特征值这类全局信息，无法实现完全分布式的控制，当编队个体数量比 较庞大时，会因为计算复杂度的增加和数据处理的复杂而无法有效实现编队控 制。从目前已有的研究成果来看，尚未见到关于完全分布式优化通信容错编队 控制算法方面的研究。

发明内容

针对目前编队控制领域存在的问题，为实现对存在间歇式通信故障的多智 能体系统的优化容错编队控制，本发明提供了一种完全分布式保性能通信容错 编队控制方法，旨在构建自适应保性能容错编队控制协议，给出完全分布式的 保性能容错编队控制协议增益矩阵设计方法，最后设计出完全分布式的保性能 通信容错编队控制算法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种完全分布式保性能通信容错编队控制方法，该方法基于的多智能体系 统包含N个同构智能体，其第i个智能体的动力学模型描述如下：

其中x_i(t)和u_i(t)分别表示第i个智能体的状态变量和控制输入，A和B分别为 系统矩阵和输入矩阵；采用向量表示多智能体系统所要 形成的编队，其中第i个智能体的编队向量为分段连续可微分的向量f_i(t) (i＝1,2,…,N)；该方法基于的保性能容错时变编队控制协议如下：

其中x_ij(t)＝x_j(t)-x_i(t)，f_ij(t)＝f_j(t)-f_i(t)，K为控制增益矩阵，w_ij(t)为t时刻 智能体j到智能体i的作用权重，N_i为智能体i的邻居集，W为权重增益矩阵，J_P为性能优化指标函数，Q为性能矩阵；T表示智能体i与其邻居之间通信连通的 时间段集合，代表系统中智能体i与其邻居之间通信失效的时间段集合，两者 满足和的关系；

该方法包括以下步骤：

Step1：系统参数设定，根据应用场景需求设定系统矩阵A和输入矩阵B的 值；