多智能體系統(tǒng)非線性編隊控制方法研究.pdf

1、網(wǎng)絡化多智能體編隊控制廣泛存在于生物的群集行為、移動傳感器網(wǎng)絡的最優(yōu)化數(shù)據(jù)采集以及軍事、太空等領(lǐng)域中的多運動體（如：移動機器人、無人駕駛飛行器、自動水下移動設備、衛(wèi)星、航天器）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。實際應用中，由于集中控制方式的局限性以及網(wǎng)絡資源的有限性，編隊控制器需要根據(jù)網(wǎng)絡得到的局部信息采用分布式的方式來設計。與此同時，編隊任務的復雜性、編隊運動中智能體的避障以及環(huán)境等因素的限制，造成每個智能體控制子系統(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)絡相互耦合。這就給編隊控制律的設計和系統(tǒng)穩(wěn)定性分析帶來了許多困難和挑戰(zhàn)。
　　 本文重點選取了基于保持成對智能體間距離的編隊控制問題以及在一組給定曲線上的編隊運動控制問題作為研究代表。利用有向圖來描述網(wǎng)絡拓撲。根據(jù)反演法設計了三個互為領(lǐng)導者的二階智能體的有向編隊控制律并用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)的方法設計平面中二階多智能體在給定曲線族上的有向編隊控制律，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；擴展了平面中軌道函數(shù)的設計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運動的尋跡編隊控制問題。論文的主要成果如下：
　　 1.研究了平面中三個互為領(lǐng)導者的智能體的有向編隊控制問題：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，通過反演法設計了有向編隊控制律，使得三個智能體實現(xiàn)期望的三角隊形、達到期

4、望速度以及運動中不發(fā)生碰撞。接著，為了放寬因避碰條件對智能體初始狀態(tài)的限制，將勢能函數(shù)的方法運用到控制律的設計中。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動且同時保持期望隊形的協(xié)調(diào)控制問題。采用投影跟蹤的方法設計了路徑跟蹤控制律以及編隊運動控制律，實現(xiàn)了有向網(wǎng)絡連接下的多智能體在特定曲線族上的編隊運動。當網(wǎng)絡拓撲對應的有向圖具有全局可達點時，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)絡連接下的二階多智能體沿多條給定路徑編隊運動的控制器設計及其穩(wěn)定性分析問題，其中給定路徑為一般的正則曲線。智能體的動態(tài)和給定路徑都是在固定平面直角坐標系下描述的。通過引入路徑函數(shù)來設計路徑跟蹤控制，根據(jù)路徑函數(shù)與弧長的關(guān)系來設計編隊運動控制律使得多智能體沿期望路徑的位置和速度在規(guī)定隊形下達到一致。利用圖論證明，當網(wǎng)絡拓撲對應的有向圖具有全局可達點時，所設計的編隊