[发明专利]基于迭代算法的异构多智能体输出反馈跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于迭代算法的异构多智能体输出反馈跟踪控制方法，其特征在于：

所述控制方法具体如下：

S1：建立异构多智能体系统的信息交互模型；

所述步骤S1中，异构多智能体系统是由一个领航智能体和N个跟随智能体组成的异构多智能体系统，其中：

第i个跟随智能体的动力学模型是：

其中，y_i∈R^q,分别依次表示第i个跟随智能体的n_i维状态向量、q维输出向量和m_i维控制输入向量；

是已知实常矩阵；

所述领航智能体的动力学模型是：

其中，x₀∈R^r，y₀∈R^q分别是领航智能体的r维状态向量和q维输出向量，A₀，C₀是实常矩阵；

所述信息交互模型由相邻智能体之间的有向通信路径构成；

所述有向通信路径是由跟随智能体之间及其与领航智能体交互的有向通信拓扑图表示；

S2：利用迭代算法求解输出反馈控制增益；

所述步骤S2中，利用迭代算法求解输出反馈控制增益K_i的具体过程如下：

S201：建立如下Riccati方程(3)；

令对称正定矩阵Q_l＝I，I是单位阵，求出对称正定矩阵P_l，并令矩阵X_l＝P_l，其中，是指迭代次数；

S202：调节下述不等式(4)的参数α_l，定义α_min为α_l的最小值，假如α_min≤0，则停止迭代，保证算法的收敛性；

其中，P_l′为对称正定矩阵；

S203：定义P_l′的最小迹为P′_min，如果||X_l-P′_min||＜e，则迭代算法停止，其中e为实际应用中的允许误差；否则，令l＝l+1，X_l＝P′_min(l-1)，继续迭代计算；

S204：令矩阵P_l＝P′_min，计算下述等式(5)来求解输出反馈控制增益K_i；

(A_i+B_iK_iC_i)^TP_l+P_l(A_i+B_iK_iC_i)+Q₀＝0 (5)

其中，当Q₀＞0时，选择Q_l＝(B_iK_iC_i)^TP_l+P_l(B_iK_iC_i)+Q₀，则该迭代算法收敛，Q₀是对称正定矩阵；为实常矩阵；

S3：确定系统耦合增益μ；

S4：设计分布式输出反馈跟踪控制器；

所述步骤S4中，利用多智能体邻近交互规则和输出反馈技术设计分布式输出反馈跟踪控制器如下：

u_i＝K_i(y_i-C_iΠ_iρ_i)+Γ_iρ_i (6)

其中，ρ_i∈R^r是第i个智能体对应的虚拟外系统的状态，y_i∈R^q表示第i个跟随智能体的q维输出向量，是第i个智能体的输出矩阵，A₀∈R^r×r和C₀∈R^q×r是领航智能体的实常矩阵，是跟随智能体的输出反馈控制增益，系统耦合增益为μ，矩阵M∈R^r×r，a_ij是跟随智能体在有向连通通信拓扑图中连接智能体i和j的边的个数，g_i0是领航智能体与第i个跟随智能体在有向连通通信拓扑图中连接智能体0和i的边的个数，和是由输出调节方程Π_iA₀＝A_iΠ_i+B_iΓ_i和0＝C_iΠ_i-C₀计算的参数矩阵；

S5：搭建仿真模块，实现系统分布式协调跟踪目标；

所述步骤S5中，将步骤S4中设计获得的分布式输出反馈跟踪控制器作用到跟随智能体，控制和调整跟随智能体的输出变化轨迹，使所有跟随智能体的输出向量y_i渐近跟踪领航智能体的输出向量y₀，实现异构多智能体系统达到分布式协调跟踪目标；

按照异构多智能体系统分布式协调跟踪控制结构原理搭建仿真模块，所述的异构多智能体系统分布式协调跟踪控制的结构是将领航智能体通过通信网络与虚拟外系统进行信息交互，得到第i个智能体对应的虚拟外系统的状态信息ρ_i；再利用输出反馈技术，将ρ_i和输出向量y_i反馈给分布式输出反馈跟踪控制器，进而将由分布式输出反馈跟踪控制器的输出信号u_i作为输入向量送至执行器，将执行器信号τ_i作用于跟随智能体i，经过传感器测量到第i个跟随智能体的输出向量y_i；最后利用y_i和ρ_i通过分布式输出反馈跟踪控制器进行反馈控制，实现异构多智能体系统的分布式协调跟踪目标。

2.如权利要求1所述一种基于迭代算法的异构多智能体输出反馈跟踪控制方法，其特征在于：

所述步骤S3中，需要确定的是系统耦合增益μ满足：

其中，λ_R＝min_i∈NRe(λ_i)，Re(λ_i)是步骤S1中所述异构多智能体系统的信息交互模型中的矩阵H特征值λ_i的实部，所述矩阵H是拉普拉斯矩阵L与连接权重矩阵G之和，所述拉普拉斯矩阵L为跟随智能体的拉普拉斯矩阵，所述连接权重矩阵G为跟随智能体与领航智能体的连接权重矩阵。