【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于多自主體系統的協同控制領域，具體涉及一種基于混合事件觸發機制的完全異構多自主體分布式編隊控制方法。
技術介紹
1、多自主體系統由多個具有自主能力并能相互通信的智能體組成，這些智能體在復雜和動態環境中協作以實現共同目標。每個智能體通常具備感知、決策和執行能力，能夠自主完成任務。這樣的系統具有自主性、分布性、交互性、動態性、魯棒性和協調性等特點。它們在處理復雜任務和動態環境中的能力使其在現代技術中具有重要價值。多自主體的編隊控制問題是指通過自主體間的信息通信和有效的協同控制協議，確保跟隨者在動態環境中完成并維持與任務相關的預定義編隊構型，同時能夠精確跟蹤領導者的運動軌跡。這一問題要求設計和實施適應環境和任務變化的控制策略，以實現和保持編隊目標。該問題在諸如無人機偵察、機器人集群和衛星編隊等實際應用中具有重要意義。
2、在軍事領域中，編隊控制具有重要的應用價值。在執行如偵察、探測等軍事任務中，地面車輛、步兵單位以及空中的無人機、戰斗機等都被視為不同類型的自主體，這里空中無人機編隊特別適用于廣域偵察、目標監視和情報收集等任務。通過編隊飛行，這些無人機能夠覆蓋大面積區域，實時監控敵方動態，進行目標識別和定位。編隊控制確保無人機在飛行過程中保持穩定的隊形，從而最大化區域覆蓋，提高情報采集效率。例如，在地面部隊執行戰斗或巡邏任務時，無人機可以作為空中指揮平臺，提供全局視角，協助地面單位制定戰術。這是因為地面自主體(如機器人車隊和步兵)可能難以獲得全景的空間信息，而空中自主體(如無人機)能夠提供更為精確的地理坐標和實時
3、在多自主體系統的通訊網絡中，由于網絡帶寬和傳輸能力通常受限于技術和環境條件，確保高效的帶寬和能源利用變得尤為重要。這種限制要求我們在設計和實施通信協議時，充分考慮數據傳輸的優化策略，以減少帶寬占用和能源消耗。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種基于混合事件觸發機制的完全異構多自主體系統的分布式編隊控制方法，可用于無人機編隊執行任務。針對完全異構的線性多自主體系統，基于不依賴全局通訊網絡信息的混合事件觸發機制，提出了一種基于完全分布式觀測器的分布式編隊控制方法，在保證自主體實現期望目標的前提下，不僅可以提高數據傳輸效率，還可以有效延續自主體的能源供應，確保其在復雜環境中持續可靠地運行。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術是這樣實現的。
3、一種基于混合事件觸發機制的多自主體分布式編隊控制方法，適用于具有多個領導者自主體的異構多自主體系統；該系統具有n+m個自主體，包括n個跟隨者和m個領導者；每個領導者到跟隨者之間至少存在一條有向路徑，領導者沒有任何鄰居自主體；
4、步驟1：設計跟隨者的局部狀態觀測器，以估計跟隨者自身狀態信息；
5、步驟2：設計完全分布式事件觸發觀測器，為每個跟隨者分配一種觀測器來估計部分領導者的狀態，使得部分跟隨者能夠獲得部分領導者的狀態，消除對拓撲結構的限制；
6、步驟3：設計具有正最小事件觸發間隔的混合事件觸發機制，混合事件觸發機制由時間觸發部分和事件觸發部分構成；設表示跟隨者j第l次的觸發時刻，τi代表等待時間，當時，觸發機制為時間觸發；當時，觸發機制為事件觸發；自主體在滿足觸發條件時進行更新和通信；
7、步驟4：利用跟隨者期望編隊構型、跟隨者局部狀態觀測器、用于估計領導者狀態的基于混合事件觸發機制的完全分布式觀測器，設計分布式控制器；
8、步驟5：通過混合事件觸發機制所導致的節點間的間歇通信，利用分布式控制器對多自主體系統進行控制，跟隨者可實現期望的編隊構型，同時跟蹤多個異構領導者所構成的運動軌跡。
9、步驟1中，所述跟隨者的局部狀態觀測器為：
10、
11、其中，表示第i個跟隨者的局部狀態觀測器，也是跟隨者狀態估計；表示第i個跟隨者的局部狀態觀測器在t時刻的一階導數，用于計算下一時刻的估計狀態量；ai為跟隨者的系統狀態矩陣，bi為輸入矩陣、ci分別為跟隨者的輸出矩陣；yi(t)為第i個跟隨者在t時刻的測量輸出；li為第i個跟隨者的局部狀態觀測器的反饋矩陣，且滿足ai+lici是hurwitz的。
12、步驟2中，所述完全分布式事件觸發觀測器為：
13、為每個跟隨者設計一種觀測器來估計領導者的狀態，該觀測器通過事件觸發機制和分布式結構來實現領導者狀態的全局估計，并通過自適應增益αik(t)和βij(t)，結合誤差信息的反饋控制項來調整估計過程；
14、
15、各符號含義為：
16、ξi(t)：表示t時刻第i個跟隨者對所有領導者狀態估計值的增廣向量，表示相應的一階導數，且其分量ξik(t)表示第i個跟隨者對第k個領導者的估計值；k＝{n+1,n+2,...,n+m}；n個跟隨者和m個領導者的索引從1開始連續排號到n+m；
17、表示領導者的動力學方程中系統矩陣所構成的對角陣，即dk表示第k個領導者的系統矩陣；
18、ωij和ωik：表示兩個自主體之間的耦合權重系數，耦合權重系數大于0，表示兩自主體之間存在通信鏈路；耦合權重系數等于0，表示兩自主體之間不存在通信鏈路；
19、k：k＝diag{kn+1,kn+2,...,kn+m}是增益矩陣，且k＝-p，p＞0是正定矩陣，滿足黎卡提方程其中σ2＞0，α＞0，qk為領導者k的維數；
20、sk(t)為第k個領導者在t時刻的狀態變量；
21、αik(t)，βij(t)：表示分布式事件觸發觀測器的自適應耦合系數；分別為自適應耦合系數αik(t)和βij(t)的一階導數；
22、κik和κij：和是兩個正常數，分別用來調節自適應耦合系數αik(t)和βij(t)的變化速率；
23、分別是αik(t)和βij(t)的低通濾波權重估計值，其初值滿足
24、δik和δij：和是兩個正常數，分別用于調節權重估計值和的變化速率；
25、表示對ξjk(t)的開環估計；每個跟隨者需要配備個開環估計器以估計它本身以及相鄰跟隨者的狀態信息，其中表示跟隨者i的相鄰跟隨者的個數；只有當跟隨者j的事件觸發時，跟隨者j才向鄰居跟隨者i傳輸信息；具體地，其動態為：
26、
27、上式表示在通信間隔內，開環估計器依據系統的狀態方程持續更新狀態估計；通過跟隨者i對跟隨者j未來的狀態進行預測；一旦通信恢復，跟隨者i用最新的狀態信息來糾正預測誤差；
28、ηi(t)：表示t時刻第i個跟隨者對所有領導者開環估計值的增廣向量，即
29、步驟3中，混合事件觸發機制的設計方式為：
30、令表示跟隨者j第l次的觸發時刻，用于描述觸發瞬間區間，表示時本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于混合事件觸發機制的多自主體分布式編隊控制方法，其特征在于，適用于具有多個領導者自主體的異構多自主體系統；該系統具有N+M個自主體，包括N個跟隨者和M個領導者；每個領導者到跟隨者之間至少存在一條有向路徑，領導者沒有任何鄰居自主體；
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，所述跟隨者的局部狀態觀測器為：
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述完全分布式事件觸發觀測器為：
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟3中，混合事件觸發機制的設計方式為：
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟3中，
6.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟4構建的分布式控制器為：
【技術特征摘要】
1.一種基于混合事件觸發機制的多自主體分布式編隊控制方法，其特征在于，適用于具有多個領導者自主體的異構多自主體系統；該系統具有n+m個自主體，包括n個跟隨者和m個領導者；每個領導者到跟隨者之間至少存在一條有向路徑，領導者沒有任何鄰居自主體；
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，所述跟隨者的局部狀態觀測器為：
【專利技術屬性】
技術研發人員：閆莉萍，董搏雷，夏元清，翟弟華，崔冰，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：
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