【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及多智能體系統(tǒng)控制，具體是涉及異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制。
技術(shù)介紹
1、在多智能體系統(tǒng)控制
，異構(gòu)多智能體系統(tǒng)的協(xié)同控制是一個(gè)重要而復(fù)雜的問題，異構(gòu)多智能體系統(tǒng)由不同類型的智能體組成，無人機(jī)和無人車，這些智能體在功能、性能以及動(dòng)態(tài)特性上存在差異，在實(shí)際應(yīng)用中，異構(gòu)多智能體系統(tǒng)需要執(zhí)行各種復(fù)雜的任務(wù)，如協(xié)同搜索、目標(biāo)跟蹤和編隊(duì)飛行等，然而，由于環(huán)境的不確定性、智能體之間的通信限制以及執(zhí)行器故障等問題，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)多智能體系統(tǒng)的最優(yōu)協(xié)同控制面臨著巨大的挑戰(zhàn)；
2、傳統(tǒng)的多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制方法大多針對(duì)同構(gòu)系統(tǒng)，即系統(tǒng)中的智能體具有相同的動(dòng)態(tài)特性和功能，這些方法在異構(gòu)多智能體系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制，因?yàn)楫悩?gòu)系統(tǒng)中的智能體之間存在顯著的差異，使得傳統(tǒng)的控制策略難以直接應(yīng)用，此外，執(zhí)行器故障是異構(gòu)多智能體系統(tǒng)中常見的問題，它可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降甚至失控，因此，研究異構(gòu)多智能體系統(tǒng)的最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制具有重要意義；
3、目前，針對(duì)異構(gòu)多智能體系統(tǒng)的協(xié)同控制研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但仍存在一些問題，如何有效地將不同類型的智能體整合到一個(gè)統(tǒng)一的控制框架中，如何實(shí)現(xiàn)智能體之間的信息交互和協(xié)同決策，以及如何在執(zhí)行器發(fā)生故障的情況下保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能等，這些問題限制了異構(gòu)多智能體系統(tǒng)在復(fù)雜任務(wù)中的應(yīng)用和發(fā)展，對(duì)此，我們提出了異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制；
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問題，提供異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，本技術(shù)方案解決了上述的
2、為達(dá)到以上目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：
3、異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，包括：
4、使用kronecker積將無人機(jī)系統(tǒng)與無人車系統(tǒng)寫入狀態(tài)空間方程中，引入分布式編隊(duì)控制協(xié)議；
5、基于編隊(duì)控制協(xié)議，將最優(yōu)容錯(cuò)控制律和編隊(duì)控制協(xié)議結(jié)合，得到具有分布式最優(yōu)容錯(cuò)編隊(duì)控制的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)；
6、將最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制應(yīng)用于無人機(jī)與無人車上，得到無人機(jī)與無人車的最優(yōu)容錯(cuò)協(xié)同控制律。
7、優(yōu)選地，系統(tǒng)利用kronecker積將無人機(jī)與無人車寫入狀態(tài)空間組成異構(gòu)系統(tǒng)，建立執(zhí)行器故障模型，并將故障模型帶入到異構(gòu)狀態(tài)空間中，得到異構(gòu)多智能體系統(tǒng)故障模型，引入分布式編隊(duì)協(xié)議，利用圖論證明控制協(xié)議能完成編隊(duì)任務(wù)。
8、優(yōu)選地，無人機(jī)運(yùn)動(dòng)模型為：
9、其中，單無人機(jī)運(yùn)動(dòng)模型為：
10、
11、
12、
13、
14、gθ＝mθ/iy
15、
16、式中，g表示重力加速度，px、py、pz分別表示無人機(jī)在三個(gè)坐標(biāo)系中的位置，φ、θ、ψ分別表示無人機(jī)的滾轉(zhuǎn)角、俯仰角和偏航角，fz表示四個(gè)螺旋槳的總升力之和，mφ/ix、mθ/iy、mψ/iz分別表示控制無人機(jī)繞三個(gè)坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的控制輸入；
17、假設(shè)存在l個(gè)無人機(jī)，則將公式轉(zhuǎn)化為狀態(tài)：
18、
19、其中，
20、
21、式中，表示克羅內(nèi)克積，aa、ba分別表示無人機(jī)的狀態(tài)矩陣和輸出矩陣；
22、多無人機(jī)系統(tǒng)預(yù)期編隊(duì)隊(duì)形為即可以得到系統(tǒng)編隊(duì)誤差為
23、因此，當(dāng)多無人機(jī)系統(tǒng)在執(zhí)行器故障發(fā)生時(shí)滿足下列條件，即視為完成編隊(duì)：
24、limt→∞∥δai-δaj∥＝0
25、limt→∞∥vai∥＝0
26、limt→∞∥ωi∥＝0
27、
28、優(yōu)選地，無人車運(yùn)動(dòng)模型為：
29、其中，單無人車運(yùn)動(dòng)模型為：
30、
31、其中表示在地面空間中的位置，表示方向pgi上的速度，表示智能體i的輸入；
32、假設(shè)存在m個(gè)無人車，則將公式轉(zhuǎn)化為狀態(tài)：
33、
34、其中，xgi＝(pi,vi)t，
35、式中，表示克羅內(nèi)克積，ag、bg分別表示無人車的狀態(tài)矩陣和輸出矩陣；預(yù)期編隊(duì)隊(duì)形為即可以得到系統(tǒng)編隊(duì)誤差為
36、因此，當(dāng)多無人車系統(tǒng)在執(zhí)行器故障發(fā)生時(shí)滿足下列條件，即視為完成編隊(duì)：
37、limt→∞∥δgi-δgj∥＝0
38、limt→∞∥vgi∥＝0。
39、優(yōu)選地，將故障模型帶入到異構(gòu)狀態(tài)空間中，得到異構(gòu)多智能體系統(tǒng)故障模型具體包括：
40、基于無人機(jī)和無人車建立故障模型，通過合并狀態(tài)變量的方式構(gòu)建異構(gòu)多智能體系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式；
41、其中，故障模型表達(dá)式為：
42、
43、式中，pi表示執(zhí)行器失效故障系數(shù)，無人機(jī)的執(zhí)行器故障表示為：pai＝diag(ρix,ρiy,ρiz)∈r3，無人車的執(zhí)行器故障表示為：pgi＝diag(ρix,ρiy)∈r2，且pai,pgi∈(0,1)；
44、根據(jù)故障模型表達(dá)式，得到執(zhí)行器故障后的系統(tǒng)狀態(tài)模型為：
45、
46、其中，異構(gòu)多智能體狀態(tài)空間模型的形式定義為：
47、
48、
49、其中
50、xg＝(pg,vg)t，u＝(ua,ug)t
51、pa＝(p1,p2,...,pl)t，
52、va＝(v1,v2,...,vl)t，
53、ωa＝(ω1,ω2,...,ωl)t，
54、
55、
56、pg＝(pl+1,pl+2,...,pl+m)t，
57、vg＝(vl+1,vl+2,...,vl+m)t，
58、
59、
60、
61、對(duì)系統(tǒng)的拉普拉斯矩陣進(jìn)行簡(jiǎn)單的線性變換，當(dāng)系統(tǒng)中存在個(gè)無人車與個(gè)無人機(jī)時(shí)，對(duì)應(yīng)的拉普拉斯矩陣l如下所示：
62、
63、式中，laa表示多個(gè)無人機(jī)之間的通訊關(guān)系，lag表示無人機(jī)與無人車之間的通訊關(guān)系，lga表示無人車與無人機(jī)之間的通訊關(guān)系，lgg表示多個(gè)無人車之間的通訊關(guān)系；
64、針對(duì)異構(gòu)多智能體系統(tǒng)預(yù)期的編隊(duì)隊(duì)形表示為即異構(gòu)多智能體系統(tǒng)編隊(duì)誤差為
65、當(dāng)所有智能體狀態(tài)都滿足下式時(shí)，即表明多智能體系統(tǒng)完成編隊(duì)：
66、limt→∞∥δi-δj∥＝0
67、limt→∞∥vi∥＝0
68、limt→∞∥ωi∥＝0
69、
70、優(yōu)選地，利用圖論證明控制協(xié)議能完成編隊(duì)任務(wù)具體包括：
71、加權(quán)無向圖g＝(v,e,a)用來描述多智能體系統(tǒng)的通訊拓?fù)洌?/p>
72、假設(shè)g由n個(gè)頂點(diǎn)組成，其中v＝(v1,v2,...vn)表示無向圖中所有頂點(diǎn)的集合，每個(gè)頂點(diǎn)表示一個(gè)智能體；
73、表示頂點(diǎn)之間的邊集，eij＝(vi,vj)表示從頂點(diǎn)vi到頂點(diǎn)vj的邊；
74、兩個(gè)頂點(diǎn)之間的邊連接表示本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于：系統(tǒng)利用Kronecker積將無人機(jī)與無人車寫入狀態(tài)空間組成異構(gòu)系統(tǒng)，建立執(zhí)行器故障模型，并將故障模型帶入到異構(gòu)狀態(tài)空間中，得到異構(gòu)多智能體系統(tǒng)故障模型，引入分布式編隊(duì)協(xié)議，利用圖論證明控制協(xié)議能完成編隊(duì)任務(wù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于，無人機(jī)運(yùn)動(dòng)模型為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于，無人車運(yùn)動(dòng)模型為：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于，將故障模型帶入到異構(gòu)狀態(tài)空間中，得到異構(gòu)多智能體系統(tǒng)故障模型具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于，利用圖論證明控制協(xié)議能完成編隊(duì)任務(wù)具體包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于，編隊(duì)控制協(xié)議具體包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)多智能體系
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于，最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制律具體包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于：通過僅替換增益參數(shù)的方式得到系統(tǒng)的分布式最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制協(xié)議，得到基于編隊(duì)控制協(xié)議式的最優(yōu)容錯(cuò)編隊(duì)控制協(xié)議如下：
...【技術(shù)特征摘要】
1.異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于：系統(tǒng)利用kronecker積將無人機(jī)與無人車寫入狀態(tài)空間組成異構(gòu)系統(tǒng)，建立執(zhí)行器故障模型，并將故障模型帶入到異構(gòu)狀態(tài)空間中，得到異構(gòu)多智能體系統(tǒng)故障模型，引入分布式編隊(duì)協(xié)議，利用圖論證明控制協(xié)議能完成編隊(duì)任務(wù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于，無人機(jī)運(yùn)動(dòng)模型為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于，無人車運(yùn)動(dòng)模型為：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的異構(gòu)多智能體系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)同容錯(cuò)控制，其特征在于，將故障模型帶入到異構(gòu)狀態(tài)空間中，得到異構(gòu)多...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李艷東，劉永安，朱玲，王銳，蔡慧，趙薇，黃於一，李龍奇，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：齊齊哈爾大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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