基于距離的多自主體系統(tǒng)剛性編隊控制研究.pdf

1、近年來，多自主體系統(tǒng)分布式協(xié)調控制問題已持續(xù)成為國內外不同學科領域研究者的關注點，這是由于其在工業(yè)、軍事、國防、生活和深空等領域有著廣泛的應用背景。在多自主體系統(tǒng)分布式協(xié)調控制中，一個重要而又基本的問題是多自主體系統(tǒng)的編隊控制問題。在一些具體的應用任務，如大型物體的搬運、目標的抓捕和多傳感器協(xié)作地圖探索等研究中，所有的自主體必須組成特定的隊形并在執(zhí)行任務期間保持隊形不變，由此引發(fā)了多自主體編隊控制的研究熱潮。
　　編隊任務的復雜性

2、和運動過程中通信自主體之間的避撞使得每個子系統(tǒng)都是非線性的，且這些非線性子系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡相互耦合，從而導致整個閉環(huán)系統(tǒng)存在多平衡點問題。本文重點討論了基于距離的多自主體系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性剛性編隊控制問題。針對一階積分器模型，提出了基于自適應攝動方法的編隊控制策略，研究了平面中多自主體系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性剛性編隊控制問題。進而，將上述方法推廣到非完整小車剛性編隊系統(tǒng)，并分析了整個閉環(huán)系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性。文中用到的分析工具主要是代數(shù)圖論、非線性系

3、統(tǒng)理論和非光滑系統(tǒng)理論。論文的主要工作如下:
　　1.探討了平面中具有一階積分器動態(tài)的三個自主體的無向編隊控制問題?；谪撎荻瓤刂扑惴ǎ⒃谌我庖粋€自主體的運動方向上加自適應向量攝動，提出了新的編隊控制策略。在所提控制算法下，多自主體閉環(huán)系統(tǒng)具有唯一的平衡態(tài)集合，且該平衡態(tài)集合就是期望的隊形集合。從而所設計的控制器不但能保證三個自主體達到期望的全局穩(wěn)定的三角或者直線編隊，同時能避免任意自主體之間的碰撞。
　　2.研究了平面中

4、n個自主體的全局穩(wěn)定性剛性編隊控制問題?；诰嚯x的編隊控制器為非線性控制器，且當圖中包含圈時，在現(xiàn)有的負梯度控制算法下，多自主體閉環(huán)系統(tǒng)存在不期望的穩(wěn)定的平衡態(tài)。為了達到期望的全局穩(wěn)定剛性編隊，基于現(xiàn)有的負梯度控制算法，并在規(guī)定的自主體的運動方向上加自適應向量攝動，給出了新的控制器設計方案。所提編隊控制算法能夠保證多自主體閉環(huán)系統(tǒng)具有唯一的平衡態(tài)集合，且該平衡態(tài)集合就是期望的剛性隊形集合。因此，在所提自適應攝動編隊控制策略下，期望的剛性

5、編隊是全局漸近穩(wěn)定的，且任意通信自主體之間不發(fā)生碰撞。
　　3.現(xiàn)有的基于距離的編隊控制研究對象大多為一階積分器模型，鑒于實際應用，考察了非完整小車系統(tǒng)的剛性編隊控制問題。為了達到期望的全局穩(wěn)定剛性編隊，將基于自適應攝動方法的負梯度控制律推廣到非完整小車系統(tǒng)。與上述工作所不同的是，本工作中將攝動項加在小車的線速度上，所加攝動項為標量，則其不能直接改變小車的運動方向;但根據(jù)所提控制策略，它能間接改變小車的運動方向。所提編隊控制算法不