[发明专利]一种基于膜计算的多机器人有限时间同步控制方法

说明书

本发明提供一种基于膜计算的多机器人有限时间同步控制方法，包括：建立多机器人间的通讯网络，描述多机器人系统中所有机器人间的相互通讯；考虑时变时滞及量化误差，基于建立的通讯网络对多机器人系统进行动力学建模，提出了具有时变量化耦合时滞和自适应耦合强度的新模型；设计多机器人系统的膜控制器，以解决提出的具有量化耦合时滞和自适应耦合强度的新模型的有限时间同步问题；将所设计的膜控制器加入到具有量化耦合时滞和自适应耦合强度的多机器人系统中，得到闭环系统；结合构建的闭环系统，实现自适应有限时间同步。

技术领域

本发明涉及机器人研究技术领域，尤其涉及一种基于膜计算的多机器人有限时间同步控制方法。

背景技术

机器人技术的研究程度和应用水平体现了一个国家工业自动化水平发展的高低，具有重要的战略意义，激励了大量的科研人员从事机器人系统相关课题的研究工作。在一些实际应用场景下，会要求多个机器人同步来完成某些特殊的工作，如编队控制队形、合作搬运、排雷、空间探测等，从空中无人飞行器，到地面无人车，再到水下自主潜艇都体现出其重要的应用价值。

在现实多机器人系统中，每个子系统的原始动力学行为、拓扑结构、耦合强度、耦合方式等都构成了一定的影响。再者由于传输数据延迟、环境的影响等会造成信号传输和每个部分的反应等都可能需要不同尺度的时间。因此，时滞在多机器人系统这种耦合网络中不可避免，这不仅符合实际需求，而且更贴近于实际系统本身的特性。时滞通常会引起系统频繁振荡、性能变差和同步稳定性下降等。

目前有多种有效控制方法被提出来实现同步，如采样数据控制、牵制控制、自适应控制、事件触发控制、脉冲控制、驱动响应控制等等。其中，牵制控制和自适应控制广泛应用于各个领域中。这是由于现实世界中的多机器人系统往往具有复杂的拓扑结构，对每个子系统施加控制的常规控制方法往往很耗费资源并且不现实。然而牵制控制因其提高控制效率、简化控制器结构、节省系统资源、易于实现等突出的优点受到人们的青睐。另外，现实系统中存在着各种相互影响的不可预测的因素，自适应控制拥有较强的鲁棒性特征，在闭环系统运行的过程中，自适应控制方法可通过调整自己的特性以克服系统固定参数的保守性，适应运行状态指标的变化，使闭环系统以最接近理想的工作状态，如，遥控汽车的自适应轨迹跟踪，多机械臂系统无模型自适应同步等。

考虑多机器人系统中，量化控制可以减轻信道传递信息的负担，减少带宽约束对系统性能的影响，提高通信性能，并节约系统资源。但量化控制的加入又使系统接收的信号与原信号相比损失一部分信息，不可避免的引入的量化误差，从而对控制系统的稳定性和性能造成不利的影响。因此，其核心需要解决的问题是如何利用有限的信息设计合适的控制器，使整个闭环系统在量化误差存在的情况下达到同步稳定并满足一定的性能。目前量化控制广泛应用于多航天器编队飞行、城市视觉景观规划等领域。

再者，我们希望系统能够在有限时间内实现同步，即给定初始条件的一个界，系统在指定的时间间隔内状态轨迹同步到目标状态轨迹。综合以上分析，本发明在多机器人系统的控制器设计中，考虑了时变耦合时滞和量化误差对闭环系统稳定性分析造成的不利影响，在膜计算框架下，结合量化控制、牵制控制、自适应控制和有限时间控制方法来设计新的控制器。其不仅能克服时滞和量化误差对同步性造成的不利因素，又能使闭环系统实现同步的同时减少通信负载和控制成本。同时，膜计算是自然计算的一个分支，旨在从生物细胞或细胞群的信息处理机制中抽象出计算模型，是计算机科学的前沿研究领域。膜计算强大的计算能力和分布式并行信息处理机制能提高控制器的效率。这使得基于膜计算的多机器人有限时间同步控制方法具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是提供一种基于膜计算的多机器人有限时间同步控制方法；

一种基于膜计算的多机器人有限时间同步控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立多机器人间的通讯网络，描述多机器人系统中所有机器人间的相互通讯；