[发明专利]一种基于扩展干扰观测器的多智能体寻迹编队控制方法

说明书

本发明公开了一种基于扩展干扰观测器的多智能体寻迹编队控制方法，包括以下步骤：S1、建立含有外界风速场扰动的智能体动力学模型；S2、基于智能体动力学模型设计非线性扩展扰动观测器；S3、基于扰动的估计设计寻迹编队控制器。本发明控制方法简单可靠，精度较高，可有效抑制复杂环境扰动对多智能体寻迹编队系统的不利影响，可用于野外协同信息采集等。

技术领域

本发明涉及多智能体编队控制领域，具体是一种基于扩展干扰观测器的多智能体寻迹编队控制方法。

背景技术

近年来，随着网络通信技术和传感器技术的快速发展,人们将传感器安装于多个移动智能体上，形成移动传感器网络，用于实现对某一大面积区域的最优探测，为了利用有限的资源来提高数据采集的精度，每个智能体追踪各自预定的轨道的同时，相邻智能体之间需要通过相互协作以保持期望的队形，即寻迹编队控制问题。随着移动智能体产品日益成熟，搭载传感器设备的多智能体系统被广泛应用于军事和民用领域中。例如美国航空航天局和欧洲太空局的空间航天器项目LISA(Laser Interferometer Space Antenna)，就是通过控制多个航天器形成围绕太阳旋转的等边三角形编队，通过协同观测不同的低频引力波来探索宇宙和天体。

当前，寻迹编队控制方法大都忽略外界流场对多智能体协同控制系统的影响，即使考虑了外部流场的作用，也只是针对已知时不变流场的情况，如中国专利ZL201010552508.4“基于轨道扩展的多机器人的寻迹编队控制方法”，以及中国专利201310318275.5“一种二维定常风速场中多机器人的寻迹编队控制方法”。然而，在实际环境中，无论是在海里还是地面、天空都避免不了流速场(如风速场，洋流场)的影响，而且由于环境的复杂性，传感器很难精确的得到其强度。针对未知干扰，干扰观测器是一种能在缺乏干扰信息的情况下，利用系统信息估计干扰，但是传统干扰观测器只能适用于慢时变扰动，对于快速变化的扰动估计精度有限，而扩展干扰观测器能够利用干扰的导数精确地估计未知干扰。基于上述问题，一种基于扩展干扰观测器的多智能体寻迹编队控制方法由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于扩展干扰观测器的多智能体寻迹编队控制方法，该方法简单可靠，控制精度较高，可应用于未知复杂环境中协同信息采集等领域。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于扩展干扰观测器的多智能体寻迹编队控制方法，包括以下步骤：

S1、建立含有外界风速场扰动的智能体动力学模型；

S2、基于智能体动力学模型设计非线性扩展扰动观测器；

S3、基于扰动的估计设计寻迹编队控制器。

作为优选，所述步骤S1中，根据智能体自身的线速度、角速度、偏航角度以及未知流场干扰，建立含有外界风速场扰动的智能体动力学模型。

作为优选，所述智能体动力学模型如下所示：

其中：表示智能体i重心在惯性坐标系中的坐标，θ_i为智能体i本身的偏航角度，v_i和ω_i分别为智能体i本身的线速度和角速度，u_i和τ_i为系统的两个独立控制输入，

d_i(t,z_i)＝[d₁(t,z_i),d₂(t,z_i)]^T(||d_i||≤d_M＜∞)为智能体i所受未知流场。

作为优选，所述步骤S2中，扩展干扰观测器如下式所示：