一種基于時延滑模控制的分布式平均跟蹤方法技術(shù)

一種基于時延滑模控制的分布式平均跟蹤方法，涉及控制與信息技術(shù)。步驟1：構(gòu)造多智能體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲圖，每個節(jié)點代表一個智能體，獲得圖的點集、邊集和每個節(jié)點的鄰居信息；步驟2：設(shè)置每個節(jié)點的初始狀態(tài)、初始內(nèi)部狀態(tài)以及初始參考信號；步驟3：設(shè)置每個節(jié)點的通信方式，使其只能和鄰居節(jié)點通信；步驟4：根據(jù)收集到的通信信息以及給定的時變參考信號，設(shè)計每個節(jié)點的基于時延滑模控制的分布式平均跟蹤方法；步驟5：根據(jù)設(shè)計的分布式平均跟蹤方法，運行此算法，調(diào)整每個節(jié)點的狀態(tài)；步驟6：判斷所有節(jié)點的狀態(tài)是否一致并且等于多個時變參考信號的平均值，若是，則跳轉(zhuǎn)至步驟7，否則返回步驟5；步驟7：實現(xiàn)分布式平均跟蹤。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及控制與信息技術(shù)，尤其是涉及一種基于時延滑模控制的分布式平均跟蹤方法。
技術(shù)介紹
近年來，多智能體系統(tǒng)的分布式協(xié)調(diào)控制運動受到日益廣泛的關(guān)注，逐漸成為控制領(lǐng)域研究的一個熱點。多智能體系統(tǒng)是由多個相互耦合的智能體組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)中每個智能體具有一定的自主性和協(xié)調(diào)性，各智能體之間按照網(wǎng)絡(luò)的拓撲規(guī)則進行通訊，從而達到合作、協(xié)調(diào)以及控制整個多智能體系統(tǒng)的目的。在多智能體系統(tǒng)的研究中，分布式一致性是一個中心問題，其目標是設(shè)計分布式控制器使得所有智能體最終的狀態(tài)趨于一致。而所謂的分布式控制是指，在通信網(wǎng)絡(luò)下，每個智能體的控制算法只用到自身和它鄰居節(jié)點的信息。相對于集中式控制而言，分布式控制具有代價小、靈活性高、擴展性好等優(yōu)點，因此在工業(yè)和軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。多智能體分布式平均跟蹤問題可以看做一致性問題和協(xié)調(diào)跟蹤問題的一種推廣。在該問題中，每個智能體具有相應(yīng)的參考信號輸入，其核心在于設(shè)計一種分布式算法，使得每個智能體在獨立運動的同時利用收集到的信息更新自己的狀態(tài)，最終使得所有的智能體狀態(tài)不僅趨于一致，而且能夠跟蹤上多個參考信號的平均值。利用分布式平均跟蹤能夠估計復(fù)雜系統(tǒng)的參數(shù)，在區(qū)域編隊跟蹤、多核微處理器、和分布式優(yōu)化中有顯著應(yīng)用效果。所以研究分布式平均跟蹤問題具有重要的意義。目前，在多智能體分布式平均跟蹤問題的控制算法中會使用到符號函數(shù)。而符號函數(shù)的性質(zhì)使得控制算法存在不連續(xù)性。由滑模控制的理論知識，我們知道，當控制器中包含符號函數(shù)時，控制曲面變化時刻和實際控制切換時刻之間會有一個延遲，常常出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象。抖動現(xiàn)象會導(dǎo)致控制精度的降低。同樣的情況也出現(xiàn)在分布式平均跟蹤問題中。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于為解決多智能體系統(tǒng)分布式平均跟蹤方法存在抖動的問題，提供可使多智能體在跟蹤時變參考信號平均值的同時，能夠減少抖動現(xiàn)象，從而提高控制精度、改善收斂效果并最終達到預(yù)期的控制目標的一種基于時延滑模控制的分布式平均跟蹤方法。本專利技術(shù)包括以下步驟：步驟1：構(gòu)造多智能體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲圖，每個節(jié)點代表一個智能體，獲得圖的點集、邊集和每個節(jié)點的鄰居信息；步驟2：設(shè)置每個節(jié)點的初始狀態(tài)、初始內(nèi)部狀態(tài)以及初始參考信號；步驟3：設(shè)置每個節(jié)點的通信方式，使其只能和鄰居節(jié)點通信；步驟4：根據(jù)收集到的通信信息以及給定的時變參考信號，設(shè)計每個節(jié)點的基于時延滑模控制的分布式平均跟蹤方法；步驟5：根據(jù)設(shè)計的分布式平均跟蹤方法，運行此算法，調(diào)整每個節(jié)點的狀態(tài)；步驟6：判斷所有節(jié)點的狀態(tài)是否一致并且等于多個時變參考信號的平均值，若是，則跳轉(zhuǎn)至步驟7，否則返回步驟5；步驟7：實現(xiàn)分布式平均跟蹤。在步驟1中，所述構(gòu)造多智能體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲圖是無向連通圖或是包含有向生成樹的有向圖，在t時刻包含n個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲圖表示為：其中，n表示節(jié)點的數(shù)量，表示節(jié)點的集合，表示邊的集合，Nj(t)表示節(jié)點j鄰居節(jié)點的集合。如果網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲圖是時不變的，那么時間參數(shù)t可以省略。如果j∈Ni的同時，i∈Nj，那么構(gòu)造的圖是無向圖，否則為有向圖。如果i∈Nj，我們稱節(jié)點i為父節(jié)點，節(jié)點j為子節(jié)點。如果節(jié)點序列v0,v1,...,vk∈ν使得(vi,vi+1)∈ε，其中0≤i≤k-1，那么稱此序列為從節(jié)點v0到節(jié)點vk的一條有向路徑。如果構(gòu)造的圖為有向圖，除了一個根節(jié)點之外其他任一節(jié)點都有且只有一個父節(jié)點，并且根節(jié)點和其他任一節(jié)點之間存在有向路徑，那么這樣的有向圖稱為有向樹。有向生成樹是指有向圖中包含所有節(jié)點的有向樹。而對于一個無向圖，如果任意兩個節(jié)點間都存在無向路徑，那么稱無向圖是連通的。在步驟2中，所述每個節(jié)點的初始狀態(tài)、初始內(nèi)部狀態(tài)以及初始參考信號分別為：其中xi(0)∈Rm表示節(jié)點i的初始狀態(tài)，zi(0)∈Rm表示節(jié)點i的初始內(nèi)部狀態(tài)，ri(0)∈Rm表示節(jié)點i的初始參考信號，m表示每個節(jié)點狀態(tài)的維數(shù)，內(nèi)部狀態(tài)的維數(shù)以及參考信號的維數(shù)都等于狀態(tài)的維數(shù)，n表示節(jié)點的數(shù)量。所有節(jié)點的初始內(nèi)部狀態(tài)之和滿足在步驟3中，所述通信方式包括以如下公式表示的節(jié)點i在網(wǎng)絡(luò)中的通信方式，即只能與其鄰居節(jié)點通信得到需要的節(jié)點狀態(tài)的差值信息Δij：其中，Ni(t)表示節(jié)點i鄰居節(jié)點的集合，xi(t)∈Rm表示節(jié)點i的狀態(tài)，τ＞0表示一個正的時間延遲常數(shù)，n表示節(jié)點的數(shù)量。在步驟4中，所述根據(jù)收集到的通信信息以及給定的時變參考信號，設(shè)計每個節(jié)點的基于時延滑模控制的分布式平均跟蹤方法包括：1)由步驟3中獲得的i節(jié)點的狀態(tài)差值信息，以及參考信號，設(shè)計如下公式所表示的分布式平均跟蹤控制方法：xi(t)＝zi(t)+ri(t),i＝1,2,...,n其中，xi(t)∈Rm表示節(jié)點i的狀態(tài)，zi(t)∈Rm表示節(jié)點i的內(nèi)部狀態(tài)，ri(t)∈Rm表示節(jié)點i的參考信號，正常數(shù)α＞0表示控制增益，Ni(t)表示節(jié)點i鄰居節(jié)點的集合，τ＞0表示一個正的時間延遲常數(shù)，n表示節(jié)點的數(shù)量。2)以如下公式等效替換的分布式平均跟蹤控制方法：其中，xi(t)∈Rm表示節(jié)點i的狀態(tài)，fi(t)∈Rm表示節(jié)點i的參考信號的導(dǎo)數(shù)，是有界可測的，滿足是一個正的常數(shù)，正常數(shù)α＞0表示控制增益，Ni(t)表示節(jié)點i鄰居節(jié)點的集合，τ＞0表示一個正的時間延遲常數(shù)，n表示節(jié)點的數(shù)量。其中，基于符號函數(shù)的修改主要體現(xiàn)在這一項的分母中，正常的符號函數(shù)分母是|xj(t)-xi(t)|，而本專利技術(shù)對此進行修改，引入一個時間延遲項，將max{|xj(t)-xi(t)|,|xj(t-τ)-xi(t-τ)|本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于時延滑模控制的分布式平均跟蹤方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1：構(gòu)造多智能體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲圖，每個節(jié)點代表一個智能體，獲得圖的點集、邊集和每個節(jié)點的鄰居信息；步驟2：設(shè)置每個節(jié)點的初始狀態(tài)、初始內(nèi)部狀態(tài)以及初始參考信號；步驟3：設(shè)置每個節(jié)點的通信方式，使其只能和鄰居節(jié)點通信；步驟4：根據(jù)收集到的通信信息以及給定的時變參考信號，設(shè)計每個節(jié)點的基于時延滑模控制的分布式平均跟蹤方法；步驟5：根據(jù)設(shè)計的分布式平均跟蹤方法，運行此算法，調(diào)整每個節(jié)點的狀態(tài)；步驟6：判斷所有節(jié)點的狀態(tài)是否一致并且等于多個時變參考信號的平均值，若是，則跳轉(zhuǎn)至步驟7，否則返回步驟5；步驟7：實現(xiàn)分布式平均跟蹤。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于時延滑模控制的分布式平均跟蹤方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1：構(gòu)造多智能體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲圖，每個節(jié)點代表一個智能體，獲得圖的點集、邊集和每個節(jié)點的鄰居信息；步驟2：設(shè)置每個節(jié)點的初始狀態(tài)、初始內(nèi)部狀態(tài)以及初始參考信號；步驟3：設(shè)置每個節(jié)點的通信方式，使其只能和鄰居節(jié)點通信；步驟4：根據(jù)收集到的通信信息以及給定的時變參考信號，設(shè)計每個節(jié)點的基于時延滑模控制的分布式平均跟蹤方法；步驟5：根據(jù)設(shè)計的分布式平均跟...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳飛，洪章城，蘭維瑤，項林英，
申請(專利權(quán))人：廈門大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：福建;35