[发明专利]一种具有通信容错功能的保性能编队控制方法

说明书

本发明公开了一种具有通信容错功能的保性能编队控制方法，包括：Step1：系统参数设定，设定系统矩阵A和B的值以及性能函数增益矩阵Q的值；Step2：编队向量设定；Step3：编队可行性判断，求解一个满足的矩阵K_h，如果存在满足条件的K_h，继续Step4，如果不存在，那么系统(1)在协议(2)作用下不能实现h(t)所确定的编队，返回Step1重新进行系统参数设定和编队向量设定；Step4：求解正定矩阵P，对于给定的Q，求解一个同时满足不等式P(A+BK_h)+(A+BK_h)^TP≤0和‑λ_minPBB^TP+λ_maxQ＜0的P；Step5：将P带入K_u＝B^TP，求解增益矩阵K_u；Step6：保性能值求解，根据的表达式求解保性能值，编队控制协议相关参数设计完毕；Step7：保性能编队效果验证，将求得的K_h，K_u代入系统中，验证编队效果及保性能效果。

技术领域

本发明属于多智能体系统优化编队控制领域，具体涉及一种具有通信容错功能的保性能编队控制方法。

背景技术

在多智能体执行编队任务时，各智能体之间的通信是完成编队任务的关键因素。由于智能体自身的故障或任务环境中的干扰，编队可能会出现通信故障，这种情况下，作用拓扑的结构会发生变化，即作用拓扑结构可能是切换的。目前关于切换拓扑条件下的编队算法研究中，仅考虑了一般的切换拓扑，即切换拓扑集中各个作用拓扑均是连通的，实际上这一条件是很苛刻的，即在通信故障条件下，很难保证切换拓扑集中各个作用拓扑的连通性。针对这一问题，研究了一种只需要联合连通条件的编队算法，即只需要某一时间段内作用拓扑的并集是连通的而不需要每一个单独的作用拓扑连通。这一条件相比于一般的切换拓扑条件宽松很多，也更具有实际意义，事实上，一般切换拓扑只是联合连通切换拓扑的一个特例。

目前在有关通信故障条件下编队控制的研究中，只考虑了一般的切换拓扑，而针对一般切换拓扑的编队控制算法在联合连通条件下将不再有效，事实上一般切换拓扑只是联合连通切换拓扑的一个特例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有通信容错功能的保性能编队控制方法，在解决通信故障条件下编队控制问题的同时，还考虑了编队控制过程中的控制性能问题。目前尚未见到关于联合连通条件下保性能编队控制方面的算法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种具有通信容错功能的保性能编队控制方法，该方法基于的多智能体系统包含N个同构智能体，每个智能体动力学模型描述如下：

其中x_i(t)和u_i(t)分别是第i个智能体的状态量和控制输入，A和B为系统矩阵；该方法基于的保性能编队控制协议描述如下：

其中h_i(t)为对应于第i个智能体的编队向量，K_h为编队向量增益矩阵，w_σ(t),ik为t时刻对应的作用拓扑中智能体k到智能体i的作用权重，N_i为智能体i的邻居集，J_r为性能优化函数，Q为性能函数增益矩阵，K_u为控制输入增益矩阵；

该方法包括以下步骤：

Step1：系统参数设定，设定系统矩阵A和B的值以及性能函数增益矩阵Q的值；

Step2：编队向量设定，设定一个需要实现的编队向量h(t)；