[发明专利]一种多智能体集群分组时变编队跟踪控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种多智能体集群分组时变编队跟踪控制方法及系统，方法包括：根据多智能体集群系统个体动态特性及通信关系，得出描述运动特性的状态空间形式的个体数学模型及描述通信关系的有向拓扑图；所述多智能体集群系统包括：领导者和跟随者；基于所述个体数学模型及通信关系，确定期望时变编队的向量，得到时变编队跟踪误差；对所述时变编队跟踪误差进行转换；基于转换后的时变编队跟踪误差确定带拓扑切换的分组时变编队跟踪的控制器；基于所述带拓扑切换的分组时变编队跟踪的控制器对系统实现分组编队跟踪控制。本发明中的上述方法及系统具有较好的自组织性与容错性，能够面对通信故障、通信能力不足的挑战应用情形。

技术领域

本发明涉及多智能体编队控制领域，特别是涉及一种多智能体集群分组时变编队跟踪控制方法及系统。

背景技术

多智能体系统一直是一个重要的研究内容，植根于很多实际工程应用，如完成合作任务，卫星姿态同步调整，以及频谱检测等。一致性控制作为关键技术之一被广泛研究。

作为一致性协议的拓展，对于一阶和二阶的编队控制问题得到解决。但需要预知的编队移动不能满足复杂作战环境的需要。分组编队控制作为处理多个逃逸目标的方法，有研究者提出了针对二阶系统固定拓扑的分组时变编队。然而实际情形中，存在通信故障以及切换拓扑的需求，所以进一步发展出了针对切换有向拓扑和无向拓扑的控制协议。

为了控制集群系统的宏观移动，编队跟踪控制问题得到关注，即整个集群系统需要跟踪一个期望的轨迹。现有研究方法包括提供单个跟踪轨迹的控制协议，但是该控制方法需要假定跟踪轨迹是可预知的，不能满足跟踪机动未知、不配合的目标的任务要求。如若作为跟踪对象的领导者，其控制输入是不为零的，那么可以产生多种多样的轨迹以供选择。至此，有研究方法对具有未知输入的单个跟踪领导者进行处理。

通过比对现有的基于一致性的编队控制方法，可见对于多智能集群系统，分组时变编队跟踪控制，并且能够切换拓扑，跟踪参考未知的控制是有待研究的难题。当切换的拓扑是有向的，则已有的对于无向图的切换拓扑实际上是它的特例。现存研究方法对无输入的跟踪领导者进行处理，但并不能在具有多目标多机动不配合目标的作战情形下适用。而能够生成多个机动整体移动轨迹并使系统能够跟随的控制方法显然更加值得探究，并更具有实际意义。集群系统总是作为一个整体被研究，但当其处理多任务时，分组是缺乏的功能设计。已有的对单个领导者的时变编队跟随，均可以算作分组时变编队跟踪的特例。如何设计控制协议使得多智能体系统能够满足上述分析的更为复杂的应用场景，是有待突破的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多智能体集群分组时变编队跟踪控制方法及系统，具有较好的自组织性与容错性，能够面对通信故障、通信能力不足的挑战应用情形。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多智能体集群分组时变编队跟踪控制方法，所述方法包括：

根据多智能体集群系统个体动态特性及通信关系，得出描述运动特性的状态空间形式的个体数学模型及描述通信关系的有向拓扑图；所述多智能体集群系统包括：领导者和跟随者；

基于所述个体数学模型及通信关系，确定期望时变编队的向量，得到时变编队跟踪误差；

对所述时变编队跟踪误差进行转换；

基于转换后的时变编队跟踪误差确定带拓扑切换的分组时变编队跟踪的控制器；

基于所述带拓扑切换的分组时变编队跟踪的控制器对系统实现分组编队跟踪控制。

可选的，所述根据多智能体集群系统个体动态特性及通信关系，得出描述运动特性的状态空间形式的个体数学模型及描述通信关系的有向拓扑图具体采用以下公式：