CN119024857B 一种空地异构集群固定时间事件触发协同编队控制方法 （南京航空航天大学）

一种空地异构集群固定时间事件触发协同地异构集群固定时间事件触发协同编队控制方触发通信策略来设计分布式固定时间事件触发事件触发策略的固定时间控制方法能为空地异2S1、通过对由无人车集群和无人机集群组成的异构S2：在考虑速度测量受到限制和遭受未知环境扰S3：根据异构跟随者与异构领导者分布式的信S4：利用步骤S2设计的固定时间扩张状态观测器和步每一个异构跟随者在固定时间内完成形成期;者系统矩阵；,(0)eR"和i,(0)eR"分别为位置变量x,(i)和速度变量v,()的动力学；;;3异构跟随者智能体的对自身的位置，速度和未知扰动的观测变量和分别为对应位置，速度和扰动的动力学；参数0<<1和o,<1,j=1,2,3分别设置为;;式中和分别为第i个异构跟随者对领导者的位置，速度和输入的估计动力学模型和分别为第i个异构跟随者在事件触发通信时刻和局部触发估计误差和分别为第i个异构跟随者接收的其邻居j最个邻居之间的连接权重，表示第i个异构跟随者与领导者之间的连接权重；I<s<2，a,>0A>0,i=x,v,u和x,>0；4;;,,'(=i'()-v,(和"()=i'()-u,()分别为位置，速度和输入的估计误差；事件;0,>0,i=x,v,u；所述固定时间事件触发协同编队控制协议以及事件触发执行器策略分别设;e;()和分别为第i个异构跟随者的虚拟速度控制信号和实际的控制信号；5c,>0c,>0m>1和m,e(0,1)；u,(:)为中间控制信号u()在触发时刻的值；为第i个异构跟随者控制器的触发时刻；为其下个事件触发时刻；e,()-u,()-u,()定义为第i个异构跟随者控制器的测量误差且e,(0),j=l……n为其第j个元素；6,为自适应的可调参数，其初值为，并且i,(为其动力计如下：;式中⃞,(7)=e,(i)-e;(3)为虚拟速度追踪误差；h,()为时变偏移速度的一阶导数；为虚拟速度控制信号的一阶导数；2.根据权利要求1所述的一种空地异构集群固定时间事件触发协同编队控制方法，其S21、由M个无人车组成的无人车集群和N_M个无人机组成的无人机；;S24、异构集群中任意的两个异构智能体i,jev(i*j)来说，如果i<j，则有6;;3.根据权利要求1所述的一种空地异构集群固定时间事件触发协同编队控制方法，其;oe(,1t)；与此同时设计的观测器的观测增益l,和k,,j-1,2,3分别使得如下。4.根据权利要求1所述的一种空地异构集群固定时间事件触发协同编队控制方法，其定义，和i()分别为在时间段内对异构领导者状态x,(i)，7;式中和分别为第i个异构跟随者在事件触发通信时刻向其邻居集广播的估计值；为第i个异构跟随者最近的触发时刻，且；和局部触发估计误差和分别为第i个异构跟随者接收的其邻居j最;b,)和；8;;5.根据权利要求1所述的一种空地异构集群固定时间事件触发协同编队控制方法，其特征在于，所述固定时间事件触发协同编队控制协议以及事件触发执行策略的建立过程，;表示第i个异构跟随者与领导者之间的连接权重；如果，则'=,;式中，和e,(i)分别为第i个异构跟随者的编队位置追踪误差和编队速度追踪误h(i)和h,(i)分别为期望的位置时变偏移量和期望的速度时变偏移量；9度控制信号e;()：;;S56、为使误差动力学模型的转化形式在固定时间内趋于稳定，虚拟的速度控制信号;c,>0c,>0c,>0定义为第i个异构跟随者控制器的测量误差；为第i个异构跟随者控制器的触发时刻；[0002]多智能体的协同编队控制技术是一种在运动层面上展现群体智能行为的一种重在面对复杂的多域任务时，由于协同能力薄弱和智能涌现模式单一难以满足上述任务需文献（G.Cui,H.Xu,X.Chen,andJ.Yu,“Fixed_timedistributedadaptiveformationcontrolformultipleQUAVswithfull_stateconstraints”IEEE事件触发估计器，通过事件触发执行器策略来设计固定时间事件触发协同编队控制协议，控制每一个异构跟随者在固定时间内完成形成期望R"表示维度为的实数向量集合。[0020]式中和分别为异构跟随者对自身位置，速度以及未知扰动变0<0,<1和o,<l,j=1,2,3分别设置为9,=j0-(j-1)和o,=jo-(j-),j=1,2,3，其中0e(l-j,)，oe(,1t)，并且和>0；其余变量都在上述有定义。,向其邻居集广播的估计值；为第i个异构跟随者最近的触发时刻，并且；和局部触发估计误差和分别为第i个异构跟随者接收的其邻居j最,和70-。事件触发函数xio，xi0和定义如下：0,>0,i=x,v,u。[0031]所述固定时间事件触发协同编队控制协议以及事件触发执行器策略分别设计如,e;(i)=u(i)-u,(i)定义为第i个异构跟随者控制器的测量误差；为第i个异构跟随者M>0，M>0和a>0。；,[0042]S24、异构集群中任i<F,分别设置为g,=j0-(i-1)和o,=jo-(j-),j=1,2,3，其中oe(1-j,I)，oe(,1+)，并且和分别为足够小的常增益l,和k,,j-1,2,3分别使得如下两个矩阵是Hurwitz的：[0054]定义和分别作为第i个异构跟随者的,,[0058]式中和i'co分别为在时间段内对领导者状态x,(i)，v,()和领导者输入u,(i)的估计值;，和分别为第i个异构跟随者和学模型设计分布式固定时间事件触发估计器误,和,a,表示第i个异构跟随者和其第j个邻居0,>0,i=x,v,u。[0068]进一步地，需要证明提出的分布式固定时间事件触()对时间求导可得：()定义Lyapunov函数：,和分别为变量(o的两个非线性函数；;；为对角矩阵中部输入估计误差()()都是固定时间稳定的。,e,(t)分别为编队位置追踪误差和编队速度追踪误差；h(i)和h,(i)分别为期望的位置时变偏移量和期望的速度时变偏移量。在速度通道引入的速度控制信号e;(1)如下：,给定；定义两个连续的时变参数,(t)和a,o当te[i,i)，可以得到[0098]式中将,,队位置追踪误差e,()考虑如下的Lyapunov函数：[0107]本发明针对由无人车和无人机组成的空地异构多智能体系统的协同编队控制问行观测和补偿;为节省集群之间的通讯资源和便于后续的控制设计，接着者提出了一个固定时间事件触发估计器来实时观测领导者的信息;基于固定时间事件触发[0112]图5是本发明中空地异构多智能体系统协同编队的速度追踪误差和位置追踪误差[0113]图6是本发明中为每个异构跟随者设计的分布式固定时间事件触发估计器（DF_[0115]图8是本发明中为每个异构跟随者设计的固定时间事件触发协议的触发时刻示意[0116]图9是本发明中所有无人车对自身不可测速度以及未知扰动的各轴估计曲线示意oe(,1t)，并且和分别为足够小的常数;此外，观测增益l,和K,,j=1,2,3分别使得如下两个矩阵是Hurwitz的：,[0132]式中和i()分别为在时间段内对领导者状态x,(i)，v,()和领导者输入u,(i)的估计值和分别为第i个异构跟随者,和局部触发估计误差和分别为第i个异构跟随者接收的其邻居j最;和70-。,e;(i)=u,(i)-u(i)定义为第i个异构跟随者控制器的测量误差；为第i个异构跟随者M>0，M>0，M>0，和a>0。集群信息交互拓扑如图3所示。设定三维领导者初始状态为⃞,(0)=[0,0,50,2,0,0I'，和[0144]进一步，设定第二步的固定时间扩张状态观测器（FESO）的参数为Q=0.8，。设定第三步的分布式固定时间事件触发估计器（DF_ETE）参数分别为,,y,=0.5和s=1.5。其事件触发通信参数为