[发明专利]一种预定时间多智能体系统一致性跟踪控制方法

摘要

本发明涉及一种预定时间多智能体系统一致性跟踪控制方法，包括：设计预定时间分布式观测器在预定时间内估计跟踪误差；根据预定时间，确定分布式观测器参数；设计预定时间非奇异终端滑模一致性控制协议，使跟随者多智能体系统能够在预定时间内跟踪上领导智能体系统的轨迹；确定能保证滑模面的连续性和可微性，消除控制奇异性的控制器参数；将所提出的分布式观测器和一致性控制协议部署在每个跟随者智能体上，实现预定时间一致性跟踪。与既有的固定时一致性方案相比，本发明方法可以获得更低保守性的收敛时间估计，这也有助于降低控制器设计的保守性。因此，本发明方法在对控制精度和收敛时间要求较高的多智能体系统应用上显示出了广阔的应用前景。

主权项

1.一种预定时间多智能体系统一致性跟踪控制方法，其特征在于所述的多智能体系统由一个领导者和N个跟随者组成，N个跟随者组成的相互作用网络是无向图G_s，每个跟随者和领导之间都有路径相连，第i个跟随者的动态为：其中，x_1i为位置型状态，x_2i为速度型状态，u_i是控制输入；领导者的动态为：其中，x₁₀为位置型状态，x₂₀为速度型状态，u₀是有界的控制输入，即存在已知的正常数λ，使得|u₀|≤λ，所有跟随者无法获得领导的控制输入信息，但常数λ对所有跟随者都是已知的；所述的一致性跟踪控制方案包括如下步骤：步骤1：为每一个跟随者设计分布式观测器：式中ξ_i和η_i是第i个跟随者分布式观测器状态，α，β，λ是观测器增益，p和q是满足p<q的正奇数，sig(·)^α＝|·|^αsign(·)；步骤2：根据所要求的观测时间2T_b，确定分布式观测器的增益：式中λ_min(H)为矩阵H的最小特征值，H＝L_s+B，L_s为图G_s的Laplacian矩阵，B＝diag{a₁₀,...,a_N0}，a_i0>0表示跟随者与领导有通信连接相连，否则a_i0＝0；使得观测器状态能够在预定时间2T_b内收敛到跟踪误差的状态；步骤3：定义第i个跟随智能体跟踪误差e_1i＝x_1i‑x₁₀，e_2i＝x_2i‑x₂₀；在观测器获得领导的状态信息后，为使得第i个跟随智能体能在预先指定的时间T_c+T_d内跟踪上领导的轨迹，为第i个跟随智能体设计非奇异终端滑模一致性控制协议：式中m，n为正常数，T_c为预先指定的稳定时间，滑模面s_i定义为：式中k₁，k₂为正实数，T_d为预先指定的稳定时间，ε为小的正常数；步骤4：为使得滑模面及其导数连续，控制参数k₁，k₂选择为k₁＝1+m，k₂＝‑m；为消除控制奇异性，控制参数m，n需要满足0<m<1/2，0<n<1/2；步骤5：将控制器(5)和分布式观测器(3)部署到第i个跟随者中，使得所有跟随者的状态能够在预先指定的时间2T_b+T_c+T_d内跟踪上领导的轨迹，即对于任意时刻t≥2T_b+T_c+T_d，均有x_1i(t)＝x₁₀(t)，x_2i(t)＝x₂₀(t)成立。