多智能體系統(tǒng)非線性編隊(duì)控制方法研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化多智能體編隊(duì)控制廣泛存在于生物的群集行為、移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化數(shù)據(jù)采集以及軍事、太空等領(lǐng)域中的多運(yùn)動(dòng)體（如：移動(dòng)機(jī)器人、無人駕駛飛行器、自動(dòng)水下移動(dòng)設(shè)備、衛(wèi)星、航天器）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用中，由于集中控制方式的局限性以及網(wǎng)絡(luò)資源的有限性，編隊(duì)控制器需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)得到的局部信息采用分布式的方式來設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，編隊(duì)任務(wù)的復(fù)雜性、編隊(duì)運(yùn)動(dòng)中智能體的避障以及環(huán)境等因素的限制，造成每個(gè)智能體控制子系統(tǒng)中含有非線性環(huán)節(jié)，并且這些非線性子系

2、統(tǒng)間通過網(wǎng)絡(luò)相互耦合。這就給編隊(duì)控制律的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)穩(wěn)定性分析帶來了許多困難和挑戰(zhàn)。
　　 本文重點(diǎn)選取了基于保持成對(duì)智能體間距離的編隊(duì)控制問題以及在一組給定曲線上的編隊(duì)運(yùn)動(dòng)控制問題作為研究代表。利用有向圖來描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。根?jù)反演法設(shè)計(jì)了三個(gè)互為領(lǐng)導(dǎo)者的二階智能體的有向編隊(duì)控制律并用LaSalle不變集原理分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；提出投影跟蹤的方法以及路徑函數(shù)的方法設(shè)計(jì)平面中二階多智能體在給定曲線族上的有向編隊(duì)控制律，并根據(jù)圖的Lap

3、lacian矩陣性質(zhì)討論了系統(tǒng)穩(wěn)定的條件；擴(kuò)展了平面中軌道函數(shù)的設(shè)計(jì)方法來處理三維空間中二階多飛行器沿一組平面簡單閉曲線編隊(duì)運(yùn)動(dòng)的尋跡編隊(duì)控制問題。論文的主要成果如下：
　　 1.研究了平面中三個(gè)互為領(lǐng)導(dǎo)者的智能體的有向編隊(duì)控制問題：智能體間以環(huán)形結(jié)構(gòu)依次關(guān)聯(lián)并且每個(gè)智能體需要保持與鄰居間的期望距離，其中智能體的模型為雙積分器。先根據(jù)智能體指向的鄰居的信息，通過反演法設(shè)計(jì)了有向編隊(duì)控制律，使得三個(gè)智能體實(shí)現(xiàn)期望的三角隊(duì)形、達(dá)到期

4、望速度以及運(yùn)動(dòng)中不發(fā)生碰撞。接著，為了放寬因避碰條件對(duì)智能體初始狀態(tài)的限制，將勢(shì)能函數(shù)的方法運(yùn)用到控制律的設(shè)計(jì)中。通過LaSalle不變集原理證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　 2.討論了平面中二階多智能體沿一組特定曲線運(yùn)動(dòng)且同時(shí)保持期望隊(duì)形的協(xié)調(diào)控制問題。采用投影跟蹤的方法設(shè)計(jì)了路徑跟蹤控制律以及編隊(duì)運(yùn)動(dòng)控制律，實(shí)現(xiàn)了有向網(wǎng)絡(luò)連接下的多智能體在特定曲線族上的編隊(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)應(yīng)的有向圖具有全局可達(dá)點(diǎn)時(shí)，通過分析系統(tǒng)矩陣的特征值，得

5、到了保持系統(tǒng)穩(wěn)定的控制參數(shù)的充要條件。
　　 3.考察了平面中有向網(wǎng)絡(luò)連接下的二階多智能體沿多條給定路徑編隊(duì)運(yùn)動(dòng)的控制器設(shè)計(jì)及其穩(wěn)定性分析問題，其中給定路徑為一般的正則曲線。智能體的動(dòng)態(tài)和給定路徑都是在固定平面直角坐標(biāo)系下描述的。通過引入路徑函數(shù)來設(shè)計(jì)路徑跟蹤控制，根據(jù)路徑函數(shù)與弧長的關(guān)系來設(shè)計(jì)編隊(duì)運(yùn)動(dòng)控制律使得多智能體沿期望路徑的位置和速度在規(guī)定隊(duì)形下達(dá)到一致。利用圖論證明，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)應(yīng)的有向圖具有全局可達(dá)點(diǎn)時(shí)，所設(shè)計(jì)的編隊(duì)