[发明专利]基于多智能体的非线性多单摆网络系统协调控制方法

说明书

基于多智能体的非线性多单摆网络系统协调控制方法，属于分布式协调控制技术领域，针对角速度这一状态信息不可测量的非线性多单摆网络系统，解决在无需依赖系统的全局拓扑信息情况下达到同步控制的问题，建立基于多智能体的非线性多单摆网络系统的运动模型和信息交互模型；建立基于多智能体的非线性多单摆网络系统的信息交互模型；基于动态输出反馈的完全分布式协调控制器设计；构造每个单摆系统的分布式误差方程；反馈增益及耦合增益求解及系统稳定性分析；避免因环境变化等因素导致系统拓扑结构变化而改变和影响系统的协调控制器，本发明无需针对不同的信息交互模型而重新设计和求解协调控制律，提高了协调控制律应用的灵活性。

技术领域

本发明涉及一种基于多智能体的非线性多单摆网络系统协调控制方法，属于分布式协调控制技术领域。

背景技术

单摆是物理学、力学分析中最常用的基本模型之一，在电气工程和机械工程等众多领域均具有广泛的应用背景。例如许多电路系统可由单摆的动力学方程来近似，起重机起吊重物、摆锤式冲击试验机等亦可用单摆模型来描述。因此，对单摆及其动力学行为进行深入研究是十分必要的。另一方面，随着通信网络和计算机技术的发展与普及，网络在工业现场的应用日益广泛，基于网络的系统控制问题也备受研究学者的关注。其中，基于网络进行通信和交互信息的多智能体系统的分布式协调控制是网络控制领域的一类主要问题。因此，将由直流电机驱动的多个单摆系统构成的网络系统建模成多智能体网络系统具有广泛的应用前景。

现有的研究成果大多是针对线性多智能体系统进行的研究，而本发明所涉及的基于多智能体的多单摆网络系统的模型具有非线性动态，难以用线性系统的方法解决。并且多智能体系统分布式协调控制的研究成果大多需要知道系统拓扑结构的全局特征值信息，而因环境变化等因素导致系统的拓扑结构发生变化时，控制增益也随之改变，进而影响系统的协调行为。而设计无需全局拓扑结构信息的控制增益，建立完全分布式的协调控制律则可以避免这一问题。文献“Distributed control gains design for consensus inmulti-agent systems with second-order nonlinear dynamics”Wenwu Yu,Wei Ren等，Automatica,2013,49(7):2107-2115,其针对具有非线性动态的二阶多智能体系统，利用自适应控制技术设计了完全分布式的状态反馈控制器，需要利用状态信息作为反馈量，但在实际应用中，由于传感器、测量装置等硬件的限制和成本等约束，多智能体系统的绝对状态或相对状态信息难以测量甚至无法获得，这就使得协调控制器无法依赖于状态信息作为反馈量，而仅能利用相邻智能体的测量输出信息，本发明解决了状态信息不可测的问题，并考虑到静态输出反馈协调控制器通常限制比较大，所以设计出一种更为理想的动态输出反馈方式的协调控制器，发明了一种基于多智能体的非线性多单摆网络系统协调控制方法，这种方法不仅无需依赖整个网络系统通信拓扑结构的全局信息，而且能够解决单摆角速度不可测量及其所具有非线性动态问题，保证多个直流电机驱动的单摆所构成的网络系统的协调控制及稳定工作。

发明内容

本发明针对角速度这一状态信息不可测量的非线性多单摆网络系统，解决在无需依赖系统的全局拓扑信息情况下达到同步控制的问题，提供了一种基于多智能体的非线性多单摆网络系统的协调控制方法。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种基于多智能体的非线性多单摆网络系统协调控制方法，其特征是，其包括以下步骤：

步骤一，建立基于多智能体的非线性多单摆网络系统的运动模型；所述运动模型包括状态方程和输出方程；

步骤二，建立基于多智能体的非线性多单摆网络系统的信息交互模型；所述信息交互模型是由相邻单摆之间的通信路径构成；

步骤三，基于动态输出反馈的完全分布式协调控制器设计；利用自适应控制技术和动态输出反馈技术，设计基于动态输出反馈的完全分布式协调控制器；