[发明专利]一种离散异构多自主体编队合围跟踪控制方法及系统

说明书

本发明涉及高阶离散多自主体系统，更具体的说是一种离散异构多自主体编队合围跟踪控制方法及系统，S1：构建多自主体系统模型；S2：确定多自主体系统网络拓扑；S3：确定编队函数及控制目标；S4：观测虚拟领导自主体的状态信息；S5：设计时变输出编队跟踪控制协议；S6：设计观测器以估计虚拟领导自主体状态的凸包和编队函数的凸包；S7：构造合围跟踪控制协议；S8：设计时变编队‑合围跟踪控制协议；该系统包括：多自主体系统模型构建模块；网络拓扑获取模块；编队函数获取模块；状态观测器设计模块；时变输出编队跟踪控制器设计模块；虚拟领导自主体状态凸包和编队函数凸包观测器构建模块；时变输出编队‑合围跟踪控制协议设计模块。

技术领域

本发明涉及高阶离散多自主体系统，更具体地说是一种离散异构多自主体编队合围跟踪控制方法及系统。

背景技术

近年来，由于多自主体系统在军事、民用等方面的广泛应用，已有大量的学者针对其理论及应用开展了研究。多自主体系统的协调控制研究方向包括一致性、编队、群集等方面。

一致性问题是多自主体系统协调控制研究的基础。在一致性问题中，要求自主体的状态(或输出)渐近趋于一个定值(leaderless一致性)或一个确定的函数(leader-following一致性)。在leader-following一致性中，若存在多个领导自主体，系统的一致性问题变为合围控制问题。在合围控制中，要求所有的跟随自主体最终趋于多个领导自主体形成的凸包中。

在合围控制中，多个领导自主体之间无通信。若领导自主体之间存在通信，并且要求形成一定的编队，则合围控制问题变为编队-合围控制，即要求领导自主体形成所要求的编队(固定或时变)，同时跟随自主体趋于领导自主体形成的凸包中。编队-合围控制广泛应用于军事领域中，如在有人/无人机(或舰艇)混合作战中，处于外围的实现编队的无人机(或舰艇)可保护其凸包内的有人机(或舰艇)。在某些应用场景中，不仅要求系统实现编队-合围控制，而且整体系统按照预定轨迹运行，即编队-合围跟踪控制。在由1个虚拟领导自主体、多个编队自主体和多个跟随自主体组成的系统中，编队-合围跟踪控制要求编队自主体形成所要求的编队，跟随自主体趋于编队自主体形成的凸包中，同时整体系统跟随虚拟领导自主体的轨迹。

根据系统中的自主体是否具有相同的数学模型，系统可分为同构多自主体系统和异构多自主体系统。同构多自主体系统要求所有的自主体具有相同的数学模型，目前已有针对二阶和高阶系统的编队-合围跟踪控制研究成果。相对于同构多自主体系统，异构多自主体系统中由于每个自主体可具有不同的数学模型，包括维数及参数，其具有更广泛的适用性，如在高分辨率对地观测系统以及立体化的监测系统中，空中的无人飞艇、无人机和地面的无人机往往具有不同的动态模型，此时需要利用处理异构多自主体系统的方法进行分析及控制。

目前关于异构多自主体系统的编队-合围跟踪控制研究成果主要针对连续系统，关于离散高阶系统的研究成果较少。并且，在系统的实际运行中，自主体的状态往往难以直接测量，而且自主体之间的信息传输难免存在时间延迟，所以，如何在信息不可直接测量且存在时延的情况下实现离散异构多自主体系统的编队-合围跟踪控制成为目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种离散异构多自主体编队合围跟踪控制方法及系统，可以在信息不可直接测量且存在时延的情况下实现离散异构多自主体系统的编队-合围跟踪控制。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种离散异构多自主体编队合围跟踪控制方法，该方法包括以下步骤：

S1：构建由虚拟领导自主体、N个编队自主体和M个跟随自主体组成的多自主体系统模型；

S2：确定多自主体系统网络拓扑；

S3：确定编队函数及控制目标；

S4：构造观测器，以观测虚拟领导自主体的状态信息；