[发明专利]一种切换拓扑下的多智能体容错跟踪控制方法

说明书

本公开提供了一种切换拓扑下的多智能体容错跟踪控制方法，属于协同控制领域。该方法包含步骤：在一智能体群以一个第一生成树编队拓扑向一个第二生成树编队拓扑转换的一个拓扑切换时刻，该智能体群中根结点的智能体以不考虑执行器故障的领导者控制模型运行，该智能体群中其他结点的智能体以考虑执行器故障的追随者控制模型运行；所述第一生成树编队拓扑向第二生成树编队拓扑具有相同的根结点。该方法构造出完全分布式的容错跟踪控制协议，使得系统在执行器故障情况下，仍可以实现多智能体的编队跟踪；同时，利用自适应策略获得时变容错控制协议，得以解决在执行器故障未知且时变的条件下避免高增益的问题。

技术领域

本发明属于协同控制领域，尤其涉及多智能体切换通信网络拓扑时的跟踪控制方法。

背景技术

在很多通信控制场景中，如卫星导航、机器人控制、无人机搜索救援、军舰协同作战等方面，都应用到协同控制领域中的多智能体(Mult-Agent)的编队跟踪(Formationtracking)控制技术。然而，以多智能体的无人机系统为例的，系统中的每一个智能体(无人机)都可能发生执行器故障的情况，且随着智能体个数的增加和系统结构的复杂化，编队中存在执行器发生故障的几率也在增加，执行器故障将会影响智能体的正常飞行，并可能通过拓扑链(Topological chain)影响到其他智能体，从而影响整个编队的飞行，导致执行的任务失败。同时在实际飞行过程中，智能体之间拓扑结构可能会由于通信距离的限制而导致一个或者多个通信链(Communication link)的失效和新通信链路的产生，从而发生拓扑间的切换。

目前，解决编队跟踪控制问题主要有以下几种经典的控制算法：领导-追随者控制算法、虚拟结构控制算法、基于行为的控制算法以及一致性理论。这些方法一个方面的部分解决了执行器故障情况下，多智能体系统的编队跟踪控制问题，但是既考虑执行器故障，又考虑切换通讯拓扑结构的跟踪控制方法尚未见公开。

发明内容

本发明目的在于提供一种适于切换拓扑下的多智能体容错跟踪控制方法，进而增强多智能体系统的鲁棒性，使得系统在执行器故障情况下，仍可以实现多智能体的编队跟踪。

本发明提供的技术方案为一种切换拓扑下的多智能体容错跟踪控制方法，其包含步骤：在一智能体群以一个第一生成树编队拓扑向一个第二生成树编队拓扑转换的一个拓扑切换时刻，该智能体群中根结点的智能体以不考虑执行器故障的领导者控制模型运行，该智能体群中其他结点的智能体以考虑执行器故障的追随者控制模型运行；其中，所述第一生成树编队拓扑向第二生成树编队拓扑具有相同的根结点，本文中根结点即为两个生成树编队拓扑切换时的领导者。

在一些具体的实施例中上述的多智能体容错跟踪控制方法，包含以下步骤：

在时刻t，对于包含N个智能体{A₁，A₂，…，A_N}的智能体群，A₁为领导者，A_i为A₁的追随者，i＝2，3，…，N；

所述领导者A₁的控制模型为，

其中，为接收的A₁当前时刻t的位置向量；为接收的A₁当前时刻t的速度向量；为当前时刻t向A₁的执行器发送的速度向量；为当前时刻t向A₁的执行器发送的加速度向量；α_x和α_v分别为该智能体群固有的阻尼常数；

所述追随者A_i的控制模型为，