【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于多智能體協同控制，具體涉及多智能體系統的預定時間比例一致性控制方法。
技術介紹
1、近年來，多智能體系統協同控制在多機器人編隊控制、協同無人機等領域得到了深入應用。一致性控制問題作為協同控制問題的基礎，其是使多智能體系統中各智能體在一致性控制協議的作用下通過信息交流最終實現狀態一致，一致性按其達成的效果可分為領導跟隨一致性、二分一致性、比例一致性等，在機器人協同控制和電力系統分布式控制等領域均有較多應用。
2、在一致性協議設計中，收斂速度是一個非常重要的性能指標，通常控制協議作用下得到的都是漸近收斂結果。有限時間控制可在有限時間內達成一致性，可以產生更好的系統性能，例如抗擾性和對不確定性的魯棒性，因此被認為是一致性算法最理想的設計目標之一。在一些技術研究中，有研究一階不確定非線性mas的有限時間一致性控制問題，具體設計了含領導者和無領導者的一致性控制協議；有研究有向拓撲下mas在通訊變化的情況下的有限時間跟蹤控制問題。
3、然而，有限時間一致性控制協議的穩定時間取決于系統的初始狀態條件，初始狀態條件的變化使得有限時間一致性控制協議的收斂性能與漸近一致性控制協議難以區分。為此，polyakov?a提出了固定時間一致性控制協議，其中收斂時間界可由算法參數得出，進而消除了對系統初始狀態條件的依賴。之后有學者研究了二階多智能體系統在輸入時延的影響下系統的固定時間領導跟隨一致性問題；有考慮對抗網絡下一階時滯非線性mas的控制問題，實現了固定時間二分一致性；有研究擾動影響下mas的協同控制，實現了系統的
4、固定時間控制協議雖然克服了有限時間控制協議存在的不足，但仍存在待改進的方面，一個是lyapunov穩定性分析確定的收斂時間界與實際系統收斂時間相差過大，這不利于實驗人員對系統收斂時間的預估；另一個是它的收斂時間上界是算法參數構造的復雜函數，若用戶想設定系統收斂時間上界，則需要調試多個參數，不方便整定。sánchez-torres?j?d提出的預定時間控制協議優化了固定時間控制協議的兩個不足，在預定時間控制協議作用下，系統收斂時間界僅與所設計控制協議中的一個參數有關，這解決了整定性差的問題；該算法下系統收斂時間預估值與實際收斂時間更為接近，改進了保守性大的問題。
5、目前已有預定時間一致性控制、二分一致性控制問題的技術研究。然而，比例一致性卻少有研究，其可以應用于許多領域，如隔室質量作用系統、網頁排序算法、水分配系統以及航天器與地面模擬車輛之間的多比例協調控制。因此，比例一致性控制問題仍有很大的發展空間。
6、為此，本專利技術要解決的技術問題為：現有技術中缺少對預定時間比例一致性問題的研究，并且現有的控制器收斂誤差大、不適用通訊條件多變的情況。
技術實現思路
1、為解決現有技術中缺少對預定時間比例一致性問題的研究，并且現有的控制器收斂誤差大、不適用通訊條件多變的情況的技術問題，本專利技術提供多智能體系統的預定時間比例一致性控制方法。
2、具體方案如下：
3、步驟一：利用圖論中的無向圖建立智能體系統的通訊拓撲；
4、定義多智能體系統的通信拓撲由無向圖g＝(v,ε,a)表示，其中v＝{v1,v2,…,vm}是節點集，表示邊集，a＝[aij]m×m是一個鄰接矩陣，每個節點vi代表一個智能體i，邊集(vi,vj)∈ε存在表示智能體j與i可互相通訊，對于無向圖g的鄰接矩陣a＝[aij]m×m，當(vj,vi)∈ε，i≠j時，aij＝1，否則aij＝0，無向圖g的laplacian矩陣l定義為l＝d-a，其中d＝diag{d1,d2,…,dm}為對角矩陣，
5、步驟二：給出擾動條件下的非線性mas模型為：
6、
7、其中，xi∈rn，ui∈rn分別為智能體i的狀態、控制輸入，i∈γn＝{1,2,…,n}，di(t)∈rn表示未知擾動和噪聲；
8、步驟三：根據固定拓撲條件下的mas一致性問題，設計分布式預定時間比例一致性控制協議；
9、為實現非線性mas式(7)的預定時間比例一致性，設計控制協議為
10、
11、其中，0＜α＜1，β≥d為系統參數，sij＝si/sj為智能體i與智能體j間的比例系數，λ2(l)為mas的laplacian矩陣l的非零最小特征值，t為預設收斂時間符號函數sign(x)滿足當x≠0時，sign(x)＝x/|x|；否則sign(x)＝0；
12、步驟四：根據切換拓撲條件下的mas一致性問題，設計分布式預定時間比例一致性控制協議；
13、為實現非線性mas式(7)在切換拓撲條件下的預定時間比例一致性，設計控制協議為
14、
15、其中，其余參數設置與步驟三固定拓撲條件下的相同。
16、所述步驟一中，多智能體系統包括n個具有相同線性動態模型的智能體。
17、所述步驟二中設定一個假設條件為，
18、假設1：有界外部擾動di(t)滿足
19、
20、其中，d≥0。
21、所述步驟四中，設mas通訊拓撲圖集合gc＝{g1,g2,…,gn}，切換信號c(t):[0,+∞)→π，π＝{1,2,…,n}為圖集gc索引集，定義表示采樣時刻為t0時的通訊拓撲，其對應的laplacian矩陣為
22、本專利技術的有益效果為：
23、(1)與現有的漸近收斂控制器以及有限時間收斂控制器相比，本專利技術所提控制器可使得系統的收斂時間界不依賴于系統初始狀態，可快速實現系統的穩定；
24、(2)在所提控制器作用下，系統收斂時間界設定簡單，可直接通過單一時間參數預先設定，且系統實際收斂時間相較于固定時間算法的結果更為接近預設值，可使得系統在預設時間內達成比例一致性的效果；
25、(3)控制器收斂誤差小；
26、(4)考慮到實際應用中各智能體存在通訊變換的情況，提供了切換拓撲條件下的預定時間比例一致性控制協議，對通訊條件多變的情況更適用。
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1.多智能體系統的預定時間比例一致性控制方法，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的多智能體系統的預定時間比例一致性控制方法，其特征在于：所述步驟一中，多智能體系統包括N個具有相同線性動態模型的智能體。
3.根據權利要求1所述的多智能體系統的預定時間比例一致性控制方法，其特征在于：所述步驟二中設定一個假設條件為，
4.根據權利要求1所述的多智能體系統的預定時間比例一致性控制方法，其特征在于：所述步驟四中，設MAS通訊拓撲圖集合Gc＝{G1,G2,…,GN}，切換信號c(t):[0,+∞)→Π，Π＝{1,2,…,N}為圖集Gc索引集，定義表示采樣時刻為t0時的通訊拓撲，其對應的Laplacian矩陣為
【技術特征摘要】
1.多智能體系統的預定時間比例一致性控制方法，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的多智能體系統的預定時間比例一致性控制方法，其特征在于：所述步驟一中，多智能體系統包括n個具有相同線性動態模型的智能體。
3.根據權利要求1所述的多智能體系統的預定時間比例一致性控制方法，其特征在于：所述步驟二中設定...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳立勇，殷秀葉，雷曉艷，任國恒，高光，韓悅，
申請(專利權)人：周口師范學院，
類型：發明
國別省市：
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