[发明专利]基于虚拟结构法和人工势场法的编队控制方法

权利要求书

1.基于虚拟结构法和人工势场法的编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，分别建立智能体和障碍物模型；

步骤2，将虚拟结构参考点作为队列的参考点，由虚拟结构参考点周围的虚拟结构生成期望的虚拟结构队形，该虚拟结构队形中的虚拟结构作为虚拟结构点的期望位置；虚拟结构点的初始位置和智能体的初始位置是重合的，且虚拟结构点向着期望位置运动；智能体则跟随智能体所对应的虚拟结构点移动，进而获得智能体编队队形；

步骤3，建立虚拟结构点和虚障碍物对智能体的斥力场；

步骤4，基于所构建的斥力场，根据智能体所受的势场作用对智能体进行受力分析，进而获得智能体所受到的斥力场力；

步骤5，智能体采用轨迹跟踪控制算法跟踪虚拟结构点的轨迹，根据虚拟结构点追踪虚拟结构以及避障产生的运动轨迹，将运动轨迹输入到控制器当中，利用轨迹跟踪控制算法实现智能体编队追踪控制。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟结构法和人工势场法的编队控制方法，其特征在于，所述步骤3中建立虚拟结构点和虚障碍物对智能体的斥力场的方法为：

步骤3.1，由障碍物和虚拟结构点的距离定义斥力势场，表示为：

步骤3.2，对斥力势场求负梯度求得斥力势场所对应的斥力，表示为：

其中，k为比例系数，ρ₀代表智能体和障碍物之间影响的距离，ρ(q,q₀)表示智能体q与虚拟结构点q₀的欧氏距离。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟结构法和人工势场法的编队控制方法，其特征在于，所述步骤3中智能体所受到的斥力场力，表示为：

其中，U_ireq为智能体i所受的斥力场，i＝1,2,3...n，n为对智能体产生斥力场的障碍物的个数；因此智能体i所受的合力为：

其中，F_ireq为智能体i所受的斥力场力。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟结构法和人工势场法的编队控制方法，其特征在于，所述步骤5中采用Stanley算法使智能体跟踪虚拟结构点的轨迹，实现智能体编队追踪控制。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟结构法和人工势场法的编队控制方法，其特征在于，所述多智能体采用二自由度自行车运动学模型。

6.根据权利要求1所述的基于虚拟结构法和人工势场法的编队控制方法，其特征在于，以大小刚好包络障碍物的圆形代替障碍物，由此构建障碍物模型。

7.根据权利要求1所述的基于虚拟结构法和人工势场法的编队控制方法，其特征在于，构建虚拟结构的质点模型，表示为：

式中，q_i、p_i分别为第i个质点的位置和速度，分别是q_i、p_i的一阶导数；u_i为第i个质点的控制输入。

8.根据权利要求7所述的基于虚拟结构法和人工势场法的编队控制方法，其特征在于，第i个质点的控制输入表示为：

u_i＝c₁(q_ri-q_i)+c₂(p_ri-p_i)+f_i

式中：c₁,c₂分别为位置误差系数和速度误差系数；q_ri,p_ri分别为期望的虚拟结构的位置和速度；f_i为人工势场避障项。