[发明专利]保证通信连通的多个二阶系统的规定时间一致性控制方法

说明书

本发明公开了一种保证通信连通的多个二阶系统的规定时间一致性控制方法，其步骤包括：步骤一，用有向图描述智能体；步骤二，建立系统动力学模型；步骤三，建立固定时间收敛性能函数；步骤四，设计固定时间一致性控制器；步骤五：稳定性分析。本控制方法通过设定固定时间收敛性能函数来定量表征所设定二阶智能体的一致性跟踪性能，然后通过将位置和速度一致性跟踪误差与消除通信范围约束的潜在函数相结合来定义辅助状态变量，基于所定义的辅助状态变量，设计了一个固定时间的领导者跟随一致性控制器，同时保证了预先分配的一致性跟踪性能和通信保存。

技术领域

本发明涉及一种保证通信连通的多个二阶系统的规定时间一致性控制方法，属于多智能体技术领域。

背景技术

近年来，由于机器人协同制造、航天器编队观测等广泛的实际需求，对大量自主个体的集体行为的研究引起了广泛关注。其中，多个智能体的一致性控制是一个热点问题，收敛速度作为多智能体一致性控制的重要指标，各种有限时间/固定时间控制方法快速涌现。现有技术中，针对具有不连续动力学的多智能体系统设计了非线性有限时间/固定时间领导者跟随一致性协议。尤其是PPC(预设性能控制)，其作为一种有效的工具，已被应用于为多种类型的系统开发各种控制律，包括约束欧拉-拉格朗日系统、自动航母着陆系统、不确定非线性严格反馈系统。

在实践中，智能体的感知范围往往是有限的。因此，如何同时保证多智能体系统的跟踪性能与通信保存作为一个具有挑战性的命题，对于进一步提高对智能体控制的研究具有重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种保证通信连通的多个二阶系统的规定时间一致性控制方法，该控制方法基于PPC和潜在函数，在有限传感范围约束的情况下解决有限时间领导者跟随一致性问题，在固定时间收敛速度和稳态跟踪精度方面可以保证位置和速度一致性跟踪性能，并通过在辅助状态中添加势能函数来解决通信连接问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种保证通信连通的多个二阶系统的规定时间一致性控制方法，包括如下步骤:

步骤一，将通信拓扑中涉及到的个智能体，用有向图G进行描述，有向图G的顶点和边分别定义为：ν＝{ν₁,ν₂…,ν_N}和ε＝{ε₁,ε₂,…,ε_N}；对于有向图G的每个顶点，其邻接矩阵定义为当(ν_i,ν_j)∈ε，a_ij＝1，否则a_ij＝0；对于有向图G，其拉普拉斯矩阵L定义为矩阵D表示一阶矩阵，其中，且N_i＝{j|(ν_i,ν_j)∈ε}；在跟随领导者的通信拓扑中，用于表示跟随智能体和领导者之间的信息流，若领导者的信息可以访问跟随，则b_i＝1，否则b_i＝0(i＝1,2,…,N)，据此，将有向图G扩充为A，其中引线是顶点；

步骤二，建立系统动力学模型：

设定二阶智能体，所述二阶智能体称为跟随，其表示如下：

其中，分别表示第i个从动件的位置矢量、速度矢量和控制输入，i的取值为1，2，…，N；在信息通信拓扑中有一个先导智能体，其运动模型为：

其中，分别为位置向量、速度向量和控制输入，将相邻智能体的位置和速度跟踪误差定义为：

其中，上述位置和速度跟踪误差在等式中表示；公式(3)用紧凑形式表示为：