考虑不确定性多智能体系统的分布式容错控制.pdf
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1、书书书第 卷 第 期年 月沈阳工业大学学报 收稿日期:基金项目:河南省高校科技创新团队计划项目();河南省中原科技创新领军人才项目()作者简介:王艳丽(),女,河南南阳人,实验师,硕士,主要从事计算机应用与智能控制等方面的研究 :考虑不确定性多智能体系统的分布式容错控制王艳丽,孙利娟(河南科技大学 软件学院,河南 洛阳 ;开封文化艺术职业学院 计算机学院,河南 开封 )摘要:针对多智能体系统中存在的不确定性、参数摄动和执行器故障等问题,设计了分布式容错控制方法 建立了包含不确定性的多智能体系统乘性和加性故障数学模型,在领导者和领域内智能体状态量的基础上,通过引入参数自适应律和符号函数设计出分布
2、式容错控制律,采用 定理证明了设计的容错控制系统的稳定性 通过对无人机编队的仿真结果表明,所提控制方法与自适应协同容错控制方法相比表现出了更优的稳定性、准确性和快速性,速度和航迹角的最大误差分别仅为 和 ,表现出了优良的容错性能关键词:多智能体系统;不确定性;执行器故障;参数自适应律;分布式;容错控制律;符号函数;稳定性中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,;,):,:;多智能体系统中的每个单体都有相对独立的行为能力,通过信息交互实现类似于生物体的群集活动,多智能体系统是目前研究的热点之一 ,广泛应用于无人机编队 、机器人编队 、卫星编队和智能交通 等领域 在建立智能体模型时,往往会出现
3、未建模动态,而且随着工作环境和条件的变化,智能体的系统参数也会发生摄动 另外,由于多智能体在工作时,通常处于长时和高频振动的状态中,增大执行器发生故障的概率 这些不确定性会对多智能体系统的一致性控制带来困难 刘自理等 为解决多智能体系统的通信时延和数据丢失问题,引入队列机制设计了分布式输出反馈控制算法,实现了多智能体系统的协同工作;刘秀华等 设计了一种分布式观测器,其可以准确地估计出多智能体系统状态和执行器故障,但是该方法没有涉及容错控制;曹伟等 设计了基于离散时间迭代学习的控制方法,但是该算法的收敛条件比较严格;刘凡等 利用干扰观测器估算出智能体的状态,实现了多智能体系统的一致鲁棒控制 通过
4、以上分析可发现,针对包含有未建模动态和参数摄动不确定性以及执行器故障的多智能体系统的研究成果较少 因此,本文针对不确定条件下的多智能体系统,在领导者和领域内智能体状态量的基础上,设计了包含参数自适应律的分布式容错控制方法 多智能体系统模型首先将多智能体系统之间的通信和队形拓扑关系通过有向图表示 ,然后假设系统包括个领导者和 个跟随者,并分别用 和,来表示,的状态描述为()()()()式中:()为 的状态向量;为系统矩阵;()为 的控制输入,用来确保 珔 跟随者 的状态描述为()(),)()()()式中:()为 的状态量;()为 的控制输入;(),)为 的未建模动态和参数摄动等不确定性总和,这种
5、不确定性是与系统状态相关的 ,满足条件(),)()()式中:,为未知变量;为范数值智能体在长时间、高频率、高强度的工作状态下,执行器容易发生失效乘性故障和偏离加性故障,故障模型可描述为()()()()()式中:()为失效乘性故障;(),为偏离加性故障包含不确定性和执行器故障的模型描述为()(),)()()()()()定义跟踪误差()()(),则误差微分方程为()(),)()()()()()()容错控制律设计采用参数自适应技术设计分布式容错控制律,其表达式为(),()()()()()式中:为 与 的通信链接状态;()(),(),(),为 的第 个元素;()可表示为()()()()珔()珔()式中
6、,、和 为理论控制系数 将容错控制律式()代入,则误差微分方程式()转换为()(),)(),()()()()()式中:;()(),)()()()由于()、()和()均有界,则根据式()得到()()珋珋 珋()珋()式中:珋 珋;珋 珋珋珔 通过整理得到误差微分方程为()()()()()()()式中:()(),(),();()();()();()(),(),();()(),(),();,稳定性分析定理 :针对带有不确定性和执行器故障的多智能体系统,设计包含增益和自适应律的分布式容错控制律,能够确保一致性误差收敛到零证明:构建 函数 为()珓 珓 珓 珓()式中:珓 ;珓 ;珓 ;珓 ;、及 为确
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