[发明专利]二阶智能体系统连通性保持固定时间协同一致性控制方法

说明书

本发明涉及一种二阶多智能体系统连通性保持固定时间协同一致性控制方法，设计虚拟速度和虚拟控制；设计固定时间微分器；设计多智能体系统连通性保持固定时间协同一致性控制器；将设计的控制器作用在系统上，实现多智能体系统连通性保持固定时间协同一致性控制。本发明基于势函数法和固定时间收敛理论，利用反步法设计思想和固定时间微分器，首次针对二阶多智能体系统连通性保持下的固定时间协同控制问题，提出了保证系统通讯连通性和固定时间内收敛的协同控制方法，确保多智能体系统收敛连通性必要条件的满足，同时收敛时间与系统初始状态无关。

技术领域

本发明属于分布式多智能体系统协同控制技术的研究，涉及一种二阶多智能体系统连通性保持固定时间协同一致性控制方法，具体涉及二阶多智能体系统在连通性保持约束条件下，满足固定时间内实现分布式协同一致性的控制技术。

背景技术

多智能体系统通讯链路的连通性是保障系统协同控制技术实现的必要条件。在实际多智能体系统中，单个智能体与邻居智能体之间通讯的范围存在物理限制，为了保证系统通讯链路的连通性，通常使初始时刻系统的通讯链路具有连通性，再设计合理的控制器使系统在运行过程中保持通讯的连通。

收敛速度是评价控制系统性能的一个重要指标，在完成实际工程任务时，往往需要考虑完成任务的时效性。因此，在渐进收敛的基础上有学者提出了有限时间收敛控制理论。有限时间收敛控制估计的收敛时间上界与系统初始时刻的状态有关，初始时刻的状态通常难以准确获取，或者当初始时刻远离平衡点时，将导致收敛时间不可估计或者估计时间过于保守，失去了应用价值。针对有限时间收敛存在的问题，有学者提出了固定时间收敛控制方法。所谓的固定时间收敛，即估计的系统收敛时间与初始状态无关，只决定于控制器事先设定的参数。因此，固定时间收敛控制作用下的系统将会在确定的有限界内实现收敛。

目前，针对多智能体系统连通性保持约束问题，主要有三种方法：势函数法，误差转换方法以及模型预测法。解决多智能体系统固定时间协同控制主要有两种方法：基于齐次性原理和基于非奇异终端滑模控制的方法。现有文献研究成果主要针对渐进收敛和有限时间收敛协同控制下的连通性保持，对固定时间连通性保持协同控制问题的研究很少。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种二阶多智能体系统连通性保持固定时间协同一致性控制方法，针对二阶多智能体系统在通讯范围受限条件下，实现多智能体系统通讯链路连通性保持，且在固定时间内实现分布式协同一致性控制。该方法能保证系统通讯链路的连通性，同时在固定时间内实现多智能体系统快速分布式协同一致性。

技术方案

一种二阶智能体系统连通性保持固定时间协同一致性控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、设计虚拟速度和虚拟控制

其中：为虚拟速度的一阶导数，为智能体i的速度，为智能体i的控制输入，表示n维列向量；

所述智能体i的虚拟速度为：

其中：β₁和β₂为正常数，为智能体i的位置，x_j为智能体j的位置；

以势函数φ(||x_i-x_j||)表示两个智能体之间连通强度；

步骤2：设计智能体i的虚拟速度的固定时间微分器，实现在固定时间内估计微分信号固定时间微分器为：