[发明专利]一种多移动机器人预设性能编队控制器结构及设计方法

摘要

本发明涉及一种多移动机器人预设性能编队控制器结构及设计方法，将N个含未知动态的双移动机器人视为跟随者，其与领导者通过单向拓扑图连接成的网络化系统作为被控对象，利用自抗扰和反演技术设计具有预设性能的时变编队控制器，使得跟随机器人跟踪领导者的参考轨迹，建立并保持期望的时变队形，同时跟踪误差在预设的范围内。本发明的优点是针对扩张状态观测器不依赖于精准的移动机器人模型的特点，通过扩张状态量的估计实时补偿未知动态，使得设计的时变编队控制器具有抗扰性；借助跟踪微分器来有效的估计复杂非线性函数导数；采用预设性能函数改善编队误差的收敛精度与速度；能够有效的处理系统中的未知动态、简化复杂的求导运算以及精度控制等问题。

主权项

1.一种多移动机器人预设性能编队控制器结构，包括第1子控制器和第2子控制器，所述第1、第2子控制器的输入端均与有向图的输出端相连，输出端均与跟随者的输入端连接，所述跟随者为网络化系统中除领导者外的、含有未知动态的移动机器人，所述网络化系统由一个领导者与N个跟随者通过单向拓扑图连接构成，其特征在于，所述第1子控制器包括误差e_i，1，1运算单元、第一跟踪微分器单元、第一扩张状态观测器单元、第一非线性运算单元、第一比较器单元、第二跟踪微分器单元、第二扩张状态观测器单元、第一预设性能函数及其参数设置单元和第二非线性运算单元；所述误差e_i，1，1运算单元的输入端分别为有向图中第j个跟随者的输出y_j，1、第j个跟随者的期望队形δ_j，1、跟随者的邻接通信a_ij、领导者的邻接通信c_i、第i个跟随者的状态x_i，1，1、第i个跟随者的期望队形δ_i，1和领导者的输出y_r，1；所述第一跟踪微分器单元的输入端为第j个跟随者的输出y_j，1；所述第一扩张状态观测器单元的输入端分别为第一跟踪微分器单元的输出r_{j，1，1，2}、误差e_i，1，1运算单元的输出和第i个跟随者的状态x_i，1，2；所述第一非线性运算单元的输入端分别为有向图中第j个跟随者的输出y_j，1、第j个跟随者的期望队形δ_j，1、跟随者的邻接通信a_ij、领导者的邻接通信c_i、第一跟踪微分器单元的输出r_{j，1，1，2}、误差e_i，1，1运算单元的输出、第一扩张状态观测器单元的输出φ_{i，1，1，2}和第一预设性能函数及其参数设置单元的输出；所述第一比较器单元的输入端分别为第i个跟随者的状态x_i，1，2和第一非线性运算单元的输出α_i，1，2；所述第二跟踪微分器单元的输入端为第一非线性运算单元的输出α_i，1，2；所述第二扩张状态观测器单元的输入端分别为第二跟踪微分器单元的输出r_{i，1，2，2}、第一比较器单元的输出e_i，1，2和第二非线性运算单元的输出u_i，1；所述第二非线性运算单元的输入端分别为有第一预设性能函数及其参数设置单元的输出、第一比较器单元的输出e_i，1，2、第二跟踪微分器单元的输出r_{i，1，2，2}和第二扩张状态观测器单元的输出φ_{i，1，2，2}；所述第2子控制器包括误差e_i，2，1运算单元、第三跟踪微分器单元、第三扩张状态观测器单元、第三非线性运算单元、第二比较器单元、第四跟踪微分器单元、第四扩张状态观测器单元、第二预设性能函数及其参数设置单元和第四非线性运算单元；所述误差e_i，2，1运算单元的输入端分别为有向图中第j个跟随者的输出y_j，2、第j个跟随者的期望队形δ_j，2、跟随者的邻接通信a_ij、领导者的邻接通信c_i、第i个跟随者的状态x_i，2，1、第i个跟随者的期望队形δ_i，2和领导者的输出y_r，2；所述第三跟踪微分器单元的输入端为第j个跟随者的输出y_j，2；所述第三扩张状态观测器单元的输入端分别为第三跟踪微分器单元的输出r_{j，2，1，2}、误差e_i，2，1运算单元的输出和第i个跟随者的状态x_i，2，2；所述第三非线性运算单元的输入端分别为有向图中第j个跟随者的输出y_j，2、第j个跟随者的期望队形δ_j，2、跟随者的邻接通信a_ij、领导者的邻接通信c_i、第三跟踪微分器单元的输出r_{j，2，1，2}、误差e_i，2，1运算单元的输出、第三扩张状态观测器单元的输出φ_{i，2，1，2}和第二预设性能函数及其参数设置单元的输出；所述第二比较器单元的输入端分别为第i个跟随者的状态x_i，2，2和第三非线性运算单元的输出α_i，2，2；所述第四跟踪微分器单元的输入端为第三非线性运算单元的输出α_i，2，2；所述第四扩张状态观测器单元的输入端分别为第四跟踪微分器单元的输出r_{i，2，2，2}、第二比较器单元的输出e_i，2，2和第四非线性运算单元的输出u_i，2；所述第四非线性运算单元的输入端分别为第二预设性能函数及其参数设置单元的输出、第二比较器单元的输出e_i，2，2、第四跟踪微分器单元的输出r_{i，2，2，2}和第四扩张状态观测器单元的输出φ_{i，2，2，2}。