[发明专利]一种三维空间中多智能体系统的定位及环绕控制方法

摘要

本发明公开了一种三维空间中多智能体系统的定位及环绕控制方法，首先建立了对未知目标的估计器，结合估计器的平面收敛性，对目标未知位置进行定位；其次，设计分布式控制器和协调器，结合多智能体间有通信及无通信两种情况，建立了三种环绕算法，实现智能体系统对于未知目标的不同类的环绕。

主权项

1.一种三维空间中多智能体系统的定位及环绕控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立估计器并利用对目标位置进行定位；(1.1)、估计器其中，表示一阶导，τ_ij(t),j＝1,2,3表示智能体体坐标系的三个坐标轴上的单位矢量，由智能体与目标之间的方位角和环绕轨道的法向量决定，上角标^T表示转置；x_i(t)表示第i个智能体的位置；(1.2)、判断估计器是否收敛，如果收敛进入步骤(1.3)，如果不收敛则进入步骤(1.2)；(1.3)、以环绕轨道的法向量为基准，将智能体与目标间的方位角作为的输入信号，利用对三维空间中多智能体系统中的目标位置进行定位；(2)、建立控制器，使智能体完成对目标的环绕；其中，||*||表示欧式范数，ρ_i表示第i个智能体环绕目标的期望半径，v_i表示第i个智能体环绕目标的期望速度，表示第i个智能体的协调器，n_i表示第i个智能体对目标的环绕轨道法向量；(3)、根据多智能体间的信息交互情况，建立协调器，使多智能体系统按照一定的协调关系对目标进行环绕控制；(3.1)、当多智能体间有信息交互时，利用多智能体对目标进行一致环绕；建立协调器以智能体与目标之间的方位角作为的输入信号，当满足v_i/ρ_i＝v_j/ρ_j≠0和k_ψ＜v_i/[(n‑1)(2π)^μρ_i]时，多智能体系统实现对目标的一致环绕；其中，k_ψ、μ为可设计的参数，sig(·)^μ是由符号函数sgn构造的函数，即sig(·)^μ＝sgn(·)|·|^μ，ψ_i(t)表示第i个智能体与目标之间的方位角，n表示多智能体个数；(3.2)、当多智能体间无信息交互时，利用多智能体对目标进行均匀环绕或一致环绕；(a)、当每个智能体间为完全探测时，利用多智能体对目标进行均匀环绕或一致环绕；均匀环绕时，建立协调器以相邻智能体相对目标形成的夹角作为的输入信号，当满足v_i＝v≠0及时，多智能体系统实现对目标均匀环绕；其中，为可设计的参数，δ_i(t)表示智能体i和智能体i+1相对目标形成的夹角，v和ρ表示每个智能体环绕目标的期望速度和期望半径，且均相同；一致环绕时，建立协调器以相邻智能体相对目标形成的夹角作为的输入信号，当满足v_i＝v≠0及时，多智能体系统实现对目标一致环绕；其中，为可设计的参数；(b)、当每个智能体间的探测关系满足生成树时，将多智能体系统按照生成树分成多个组，再利用每组多智能体对目标进行一致环绕；建立协调器以相邻智能体相对目标形成的夹角作为的输入信号，当满足v_i＝v_l≠0,i∈{i|x_i∈L}，及k_l＜v_l/(2πρ_l)时，按照生成树分成的各组智能体均实现对目标的一致环绕，其中，k_l为可设计的参数，l表示按生成树分组的组标号，v_l和ρ_l表示第l组智能体环绕目标的期望速度和期望半径，且均相同。