[发明专利]一种高阶群系统多领导者分簇编队跟踪控制方法

说明书

本发明属于群系统编队控制领域，具体涉及一种高阶群系统多领导者分簇编队跟踪控制方法。步骤1：建立高阶群系统多领导者分簇编队跟踪控制问题模型；步骤2：在步骤1建立的问题模型基础上，构建高阶群系统各分簇簇间及簇内通信连接关系；步骤3：在步骤2构建的通信连接关系基础上，建立高阶群系统多领导者分簇编队跟踪控制方法。本发明通过将智能体集群分为M个子群，以及在控制协的作用下，使大规模集群具备了多元化的子模块编队功能。各子模块既有自主性，又有整体目标；既有分工，也有协作，大幅增强了群系统处理复杂编队跟踪任务的能力。可应用涵盖无人机集群、地面机器人集群、无人船、水下潜航器等多智能体系统的多领导者编队跟踪控制。

技术领域

本发明属于群系统编队控制领域，具体地涉及一种高阶群系统多领导者分簇编队跟踪控制方法。

背景技术

群系统编队控制近年来在学术界引起了广泛的研究热潮，并在市场多领域进行了相关应用开发，包括网络系统同步控制、移动机器人协同工作、多无人机协作执行侦察搜索任务、海面舰艇编队巡航海域等。

现有群系统编队控制大多只考虑各智能体共同形成一个编队，然而在许多实际应用场景中，群系统需要分成多个分簇执行不同子任务，如在无人机植保行业中，对于多个不同形状的块状区域拼接的农田，在执行空中农药喷洒任务时，需要将无人机集群分为几个子群按照各自喷洒区域特点形成不同编队，同时整体从出发区飞向终点区，使喷洒路线有效覆盖所有农田，既不有所遗漏也不重复打药。在导弹集群远程作战中，通常也需要导弹集群分成多个子群，间隔一定时间多波次协同攻击敌方防御力量强的高价值目标，利用前几波次导弹集群压制并消耗敌方火力，使之处于过载状态，无力抵挡后续波次导弹集群攻击。

在这些应用背景下，群系统既有整体编队跟踪目标，也需要在各自子群领导者的组织下完成子群编队任务。这种分工协作方式能大幅提高复杂任务执行效率，在军事民用领域均有着广阔的应用前景。从目前已有研究成果来看，尚无公开技术阐述群系统多领导者分簇编队跟踪控制方法。

发明内容

针对目前群系统编队执行大型复杂任务存在的不足，本发明提供了一种群系统多领导者分簇编队跟踪控制方法，旨在构建多领导者分簇编队跟踪控制协议，给出簇间与簇内通信需要满足的条件和编队协同控制增益矩阵、跟踪控制增益矩阵求取方法，从而设计出群系统多领导者分簇编队跟踪控制算法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高阶群系统多领导者分簇编队跟踪控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立高阶群系统多领导者分簇编队跟踪控制问题模型；

步骤2：在步骤1建立的问题模型基础上，构建高阶群系统各分簇簇间及簇内通信连接关系；

步骤3：在步骤2构建的通信连接关系基础上，建立高阶群系统多领导者分簇编队跟踪控制方法。

优选地，所述步骤1包括：

步骤1.1：建立高阶群系统中每个智能体的状态微分方程：

其中，t表示时间变量，i表示群系统中智能体的序号，x_i(t)是智能体的状态变量，u_i(t)是智能体的控制输入，A和B分别表示智能体的系统矩阵和输入矩阵，N为高阶群系统中智能体的个数；