基于距離的多自主體系統(tǒng)剛性編隊(duì)控制研究.pdf

1、近年來，多自主體系統(tǒng)分布式協(xié)調(diào)控制問題已持續(xù)成為國(guó)內(nèi)外不同學(xué)科領(lǐng)域研究者的關(guān)注點(diǎn)，這是由于其在工業(yè)、軍事、國(guó)防、生活和深空等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用背景。在多自主體系統(tǒng)分布式協(xié)調(diào)控制中，一個(gè)重要而又基本的問題是多自主體系統(tǒng)的編隊(duì)控制問題。在一些具體的應(yīng)用任務(wù)，如大型物體的搬運(yùn)、目標(biāo)的抓捕和多傳感器協(xié)作地圖探索等研究中，所有的自主體必須組成特定的隊(duì)形并在執(zhí)行任務(wù)期間保持隊(duì)形不變，由此引發(fā)了多自主體編隊(duì)控制的研究熱潮。
　　編隊(duì)任務(wù)的復(fù)雜性

2、和運(yùn)動(dòng)過程中通信自主體之間的避撞使得每個(gè)子系統(tǒng)都是非線性的，且這些非線性子系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)相互耦合，從而導(dǎo)致整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)存在多平衡點(diǎn)問題。本文重點(diǎn)討論了基于距離的多自主體系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性剛性編隊(duì)控制問題。針對(duì)一階積分器模型，提出了基于自適應(yīng)攝動(dòng)方法的編隊(duì)控制策略，研究了平面中多自主體系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性剛性編隊(duì)控制問題。進(jìn)而，將上述方法推廣到非完整小車剛性編隊(duì)系統(tǒng)，并分析了整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性。文中用到的分析工具主要是代數(shù)圖論、非線性系

3、統(tǒng)理論和非光滑系統(tǒng)理論。論文的主要工作如下:
　　1.探討了平面中具有一階積分器動(dòng)態(tài)的三個(gè)自主體的無向編隊(duì)控制問題?；谪?fù)梯度控制算法，并在任意一個(gè)自主體的運(yùn)動(dòng)方向上加自適應(yīng)向量攝動(dòng)，提出了新的編隊(duì)控制策略。在所提控制算法下，多自主體閉環(huán)系統(tǒng)具有唯一的平衡態(tài)集合，且該平衡態(tài)集合就是期望的隊(duì)形集合。從而所設(shè)計(jì)的控制器不但能保證三個(gè)自主體達(dá)到期望的全局穩(wěn)定的三角或者直線編隊(duì)，同時(shí)能避免任意自主體之間的碰撞。
　　2.研究了平面中

4、n個(gè)自主體的全局穩(wěn)定性剛性編隊(duì)控制問題?；诰嚯x的編隊(duì)控制器為非線性控制器，且當(dāng)圖中包含圈時(shí)，在現(xiàn)有的負(fù)梯度控制算法下，多自主體閉環(huán)系統(tǒng)存在不期望的穩(wěn)定的平衡態(tài)。為了達(dá)到期望的全局穩(wěn)定剛性編隊(duì)，基于現(xiàn)有的負(fù)梯度控制算法，并在規(guī)定的自主體的運(yùn)動(dòng)方向上加自適應(yīng)向量攝動(dòng)，給出了新的控制器設(shè)計(jì)方案。所提編隊(duì)控制算法能夠保證多自主體閉環(huán)系統(tǒng)具有唯一的平衡態(tài)集合，且該平衡態(tài)集合就是期望的剛性隊(duì)形集合。因此，在所提自適應(yīng)攝動(dòng)編隊(duì)控制策略下，期望的剛性

5、編隊(duì)是全局漸近穩(wěn)定的，且任意通信自主體之間不發(fā)生碰撞。
　　3.現(xiàn)有的基于距離的編隊(duì)控制研究對(duì)象大多為一階積分器模型，鑒于實(shí)際應(yīng)用，考察了非完整小車系統(tǒng)的剛性編隊(duì)控制問題。為了達(dá)到期望的全局穩(wěn)定剛性編隊(duì)，將基于自適應(yīng)攝動(dòng)方法的負(fù)梯度控制律推廣到非完整小車系統(tǒng)。與上述工作所不同的是，本工作中將攝動(dòng)項(xiàng)加在小車的線速度上，所加攝動(dòng)項(xiàng)為標(biāo)量，則其不能直接改變小車的運(yùn)動(dòng)方向;但根據(jù)所提控制策略，它能間接改變小車的運(yùn)動(dòng)方向。所提編隊(duì)控制算法不