基于输入受限式自激发驱动的多机器人协同控制方法

摘要

本发明涉及一种基于输入受限式自激发驱动的多机器人协同控制方法，抛弃了传统控制方法中需要进行周期性采样的反馈控制方式，而是在满足稳定性和优化特性前提下，等到闭环系统真正需要时，利用上一时刻智能体自身信息获取下一时刻控制量，完成自激发采样控制。此外，在上述自激发驱动机制上，采用多胞方法处理饱和非线性环节，可以有效进行输入受限系统的L₁增益优化设计，该算法能有效处理输入饱和非线性因素，可有效满足多机器人协同作业的需求，且通信负担相对于传统时间驱动机制大幅降低，降低数据冗余，提升系统性能，更具工程可行性。

主权项

一种基于输入受限式自激发驱动的多机器人协同控制方法，其特征在于：对于带输入受限约束的自激发驱动闭环系统，在其控制器的表达式为的情况下，求取使下列多目标优化问题具有可行解的矩阵和常数的标量δ：$\begin{array}{cc}\underset{Q>0,\bar{F},\bar{H},\delta }{inf}& j=\delta \end{array}$其中，$w_i\left(t_k^i\right)={\Sigma }_{j\in N_i}{a}_{ij}\left(x_i\right(t_k^i)-x_j(t_k^i\left)\right),$a_ij为邻接矩阵A₀中的元素，表示第i和第j个节点之间的连接关系，其中邻接矩阵A₀＝[a_ij]∈R^N×N为带有非负元素a_ij，且对角线均为0的矩阵；为自激发驱动时刻，u为控制器输入，μ为正常数，F为状态反馈增益值，x_i,x_j分别是相邻近的第i个和第j个机器人的系统状态；通过满足第一约束条件，确定带输入受限约束的自激发驱动闭环系统的不变集，使表示系统稳定性要求的李雅普诺夫函数的导数第一约束条件为：$AQ+{\mathrm{QA}}^T-2B(E_s\bar{F}+E_s^{-}\bar{H})<0$通过满足第二约束条件，确定多机器人协同自激发驱动闭环系统的椭球范围，确保椭球处于使系统不发生饱和的线性区间第二约束条件为：$\left[\begin{array}{cc}-\frac{Q}{\rho }& {\bar{H}}_i^T\\ *& -I\end{array}\right]\le 0.\forall i\in I_{2^m}$其中，ρ为正的标量，表示集合符号“*”表示共轭对称关系；为矩阵的第i行；ε(P,ρ)是带输入受限约束的自激发驱动闭环系统的一个不变集；通过满足第三约束条件，根据估计的控制输出的峰值大小进行自激发驱动闭环系统的L₁增益优化，使得从噪声w到性能输出z的L₁增益不大于δ；第三约束条件为：$\left[\begin{array}{ccc}-\delta I& 0& D_{zw}^T\\ *& 0& C_z^T\\ *& *& -I\end{array}\right]\le 0$其中，A,B,C_z,D_zw为第i个机器人的被控对象方程中的参数，机器人对象的描述方程为：${\Sigma }_{Ai}:\{\begin{array}{c}{\stackrel{·}{x}}_i={\mathrm{Ax}}_i+{\mathrm{Bsat}}_l\left(u_i\right)+B_{2}w\\ y_i=C_y{x}_i+D_{yu}{\mathrm{sat}}_l\left(u_i\right)+D_{yw}w\\ z_i=C_z{x}_i+D_{zu}{\mathrm{sat}}_l\left(u_i\right)+D_{zw}w,i=1,2,...,N\end{array}.$所述多机器人协同控制方法使多个平面关节型机器人构成的系统达到状态一致，完成多机器人协同制导与控制。