一种集群系统编队避障控制方法与流程

技术特征：
1.一种集群系统编队避障控制方法，其特征在于，包括：构建目标集群系统的通信拓扑关系，所述目标集群系统包含多个智能体；构建单智能体离散模型；基于所述单智能体离散模型构建多智能体离散模型；基于所述多智能体离散模型判断所述目标集群系统是否满足预定的时变编队条件；响应于所述目标集群系统满足预定的时变编队条件的判断结果，给定单智能体的通信触发条件；基于所述目标集群系统的通信拓扑关系和所述单智能体的通信触发条件构造时变编队控制模型；基于所述时变编队控制模型，引入人工势场法，以构造时变编队避障控制模型；基于所述时变编队避障控制模型对所述目标集群系统进行编队避障控制。2.根据权利要求1所述的集群系统编队避障控制方法，其特征在于，所述构建目标集群系统的通信拓扑关系包括：采用有向权重图g＝{v(g)，ε(g)，wg)}表示所述目标集群系统所包含的n个智能体之间的通信拓扑结构，其中，节点集v(g)＝{v1，v2，...，v
n
}用于描述所述n个智能体，边集用于描述所述n个智能体之间的全部影响关系，v
i
为父节点，v
j
为子节点，邻接矩阵用于描述两个智能体之间的影响关系的强度，w
ij
为边的权值；设定w
ij
＝1；定义节点v
i
的邻居集为给定所述有向权重图的入度矩阵：d＝diag{deg
in
(v
i
)，i＝1，2，...，n}，)，i＝1，2，...，n}，为节点v
i
的入度；给定所述有向权重图对应的拉普拉斯矩阵：l＝d
‑
w(g)。3.根据权利要求2所述的集群系统编队避障控制方法，其特征在于，所述构建单智能体离散模型包括：获取单智能体的高阶离散状态模型；基于所述单智能体的高阶离散状态模型获取所述单智能体离散模型。4.根据权利要求3所述的集群系统编队避障控制方法，其特征在于，所述单智能体的高阶离散状态模型为：x
i
(k 1)＝ax
i
(k) bu
i
(k)上式中，为第k个t时刻智能体i的状态向量，为k个t时刻智能体i的控制输入，和为两个常数矩阵，t为取样周期，t＞0。5.根据权利要求4所述的集群系统编队避障控制方法，其特征在于，所述基于所述单智能体离散模型构建多智能体离散模型包括：基于所述单智能体的状态向量获取多智能体的状态向量；基于所述单智能体的控制输入获取多智能体的控制输入；
基于所述多智能体的状态向量和所述多智能体的控制输入获取所述多智能体离散模型。6.根据权利要求5所述的集群系统编队避障控制方法，其特征在于，所述多智能体的状态向量为：所述多智能体的控制输入为：所述多智能体离散模型为：i
n
为阶数为n的单位矩阵。7.根据权利要求6所述的集群系统编队避障控制方法，其特征在于，所述基于所述多智能体离散模型判断所述目标集群系统是否满足预定的时变编队条件包括：给定单智能体对应的编队函数：给定单智能体对应的编队函数：给定所述时变编队条件：上式中，x
j
(k)为智能体i的邻居智能体j在第k个t时刻的状态向量，h
j
(k)为智能体i的邻居智能体j对应的编队函数；判断所述多智能体离散模型是否使所述时变编队条件成立：若任意单智能体i均存在补偿向量使得成立，则判断所述多智能体离散模型满足所述时变编队条件。8.根据权利要求7所述的集群系统编队避障控制方法，其特征在于，所述单智能体的通信触发条件为：f
i
(k，e
i
(k))＝||e
i
(k)||
‑
cα
k
上式中，e
i
(k)为智能体i的测量误差项，为智能体i对应的第m个触发时刻，c和α均为常数，c＞0，0＜α＜1：当且仅当f
i
(k，e
i
(k))≥0时，智能体i向邻居智能体j进行广播通信。9.根据权利要求8所述的集群系统编队避障控制方法，其特征在于，所述时变编队控制模型为：上式中，k1和k2均为增益矩阵，k1＝
‑
(b
t
pb i)
‑1b
t
p(a bk2)，p为修正黎卡提方程的唯一正定矩阵解。10.根据权利要求9所述的集群系统编队避障控制方法，其特征在于，所述基于所述时变编队控制模型，引入人工势场法，以构造时变编队避障控制模型包括：采用人工势场法对所述目标集群系统所处的环境构建人工势场：
上式中，p
obs
和p
i
分别表示障碍物和智能体i的位置，d(p
i
，p
obs
)和d
o
分别表示障碍物与智能体i之间的距离和安全距离，常数用于调节距离d(p
i
，p
obs
)对人工势场强度的影响；其中，所述人工势场为保守势场，智能体在所述人工势场下受到障碍物的排斥力表示为所述人工势场的负梯度：上式中，方向向量表示为：所述时变编队避障控制模型为：上式中，常数k3用于调节人工势场的强度。

技术总结
本发明公开一种集群系统编队避障控制方法，包括：构建包含多个智能体的目标集群系统的通信拓扑关系；构建单智能体离散模型；基于单智能体离散模型构建多智能体离散模型；基于多智能体离散模型判断目标集群系统是否满足时变编队条件；若满足，给定单智能体的通信触发条件；基于所述通信拓扑关系和所述通信触发条件构造时变编队控制模型；基于时变编队控制模型，引入人工势场法，以构造时变编队避障控制模型；基于时变编队避障控制模型对目标集群系统进行编队避障控制。根据本发明，能够解决现有基于一致性的集群系统编队控制方法因面向连续时间系统和理想任务环境而无法应用于系统时间离散以及任务环境存在障碍物的实际系统的问题。系统的问题。系统的问题。


技术研发人员：韩亮 严紫薇 董希旺 李清东 任章
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2021.07.23
技术公布日：2021/11/8