兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (4): 240292-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0292
侯天乐1, 毕文豪1,2,*(), 黄湛钧1,2, 李铭浩1, 张安1,2
收稿日期:
2024-04-16
上线日期:
2025-04-30
通讯作者:
基金资助:
HOU Tianle1, BI Wenhao1,2,*(), HUANG Zhanjun1,2, LI Minghao1, ZHANG An1,2
Received:
2024-04-16
Online:
2025-04-30
摘要:
为解决编队控制存在的收敛速度慢、控制器连续更新问题,针对2阶多智能体系统,提出一种基于事件触发机制的预设时间编队控制方法。基于预设时间的加速度观测器,跟随者于预设时间内估计到领航者的加速度状态。设计基于事件触发机制的预设时间编队控制器使跟随者于预设时间内跟踪上领航者,避免了控制器的连续更新。基于严格的理论分析证明,多智能体系统可实现预设时间编队控制,且避免芝诺现象。数值仿真结果表明,新提出的基于事件触发的预设时间编队控制方法可使多智能体系统于指定时间内形成期望构型,同时降低控制器更新频率从而降低系统能耗。基于四旋翼无人机编队飞行试验结果,进一步验证了新提出的控制方法的可用性和拓展性。
中图分类号:
侯天乐, 毕文豪, 黄湛钧, 李铭浩, 张安. 基于事件触发的多智能体系统预设时间编队控制[J]. 兵工学报, 2025, 46(4): 240292-.
HOU Tianle, BI Wenhao, HUANG Zhanjun, LI Minghao, ZHANG An. Prescribed-time Formation Control with Event-triggering Mechanism for Multi-agent Systems[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(4): 240292-.
智能体 | pi/m | vi/(m·s-1) | ai/(m·s-2) |
---|---|---|---|
0 | -1 | 0 | |
1 | 10 | -1 | 0 |
2 | 2 | -2 | 0.5 |
3 | -10 | 3 | 0 |
4 | 5 | 1 | 1 |
5 | -3 | 2 | -1 |
6 | 3 | -3 | 0 |
表1 多智能体系统初始状态(算例1)
Table 1 The initial states of MASs (Example 1)
智能体 | pi/m | vi/(m·s-1) | ai/(m·s-2) |
---|---|---|---|
0 | -1 | 0 | |
1 | 10 | -1 | 0 |
2 | 2 | -2 | 0.5 |
3 | -10 | 3 | 0 |
4 | 5 | 1 | 1 |
5 | -3 | 2 | -1 |
6 | 3 | -3 | 0 |
类别 | 跟随者智能体 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
采用事件触发机制 | 999 | 853 | 843 | 964 | 860 | 970 |
未采用事件触发机制 | 5000 |
表2 采用事件触发机制与未采用事件触 发机制控制器更新次数比较(算例1)
Table 2 Comparison of update frequencies of controller with and without event-triggering mechanism (Example 1)
类别 | 跟随者智能体 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
采用事件触发机制 | 999 | 853 | 843 | 964 | 860 | 970 |
未采用事件触发机制 | 5000 |
算法 | 算法参数 |
---|---|
文献[32]算法 | k1=1.2,k2=0.3,k3=0.5,k4=0.8,k5=3.5,k6=2,a=1,b=2,β=1.5,l1=0.1,l2=0.3,ρ=0.2 |
本文算法 | k1=1,δ=1,h1=2,α1=2,k2=30,k3=15,h2=5,α2=8,γ=5,T1=0.5 |
表3 算法参数(算例2)
Table 3 Algorithm parameters (Example 2)
算法 | 算法参数 |
---|---|
文献[32]算法 | k1=1.2,k2=0.3,k3=0.5,k4=0.8,k5=3.5,k6=2,a=1,b=2,β=1.5,l1=0.1,l2=0.3,ρ=0.2 |
本文算法 | k1=1,δ=1,h1=2,α1=2,k2=30,k3=15,h2=5,α2=8,γ=5,T1=0.5 |
算法 | 跟随者智能体 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
本文算法 | 707 | 694 | 663 | 680 | 638 | 663 |
文献[24]算法 | 3000 |
表4 采用事件触发机制与未采用事件触 发机制控制器更新次数比较(算例3)
Table 4 Comparison of update frequencies of controller with and without event-triggering mechanism (Example 3)
算法 | 跟随者智能体 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
本文算法 | 707 | 694 | 663 | 680 | 638 | 663 |
文献[24]算法 | 3000 |
无人机 | pi/m | vi/(m·s-1) | ai/(m·s-2) |
---|---|---|---|
0 | [0,1,0]T | [0,0,0]T | |
1 | [2.5,1,0]T | [0,0,0]T | [0,0,0]T |
2 | [2.5,-1.5,0]T | [0,0,0]T | [0,0,0]T |
3 | [0,-1.5,0]T | [0,0,0]T | [0,0,0]T |
表5 无人机初始位置与速度
Table 5 The initial position and velocity of UAVs
无人机 | pi/m | vi/(m·s-1) | ai/(m·s-2) |
---|---|---|---|
0 | [0,1,0]T | [0,0,0]T | |
1 | [2.5,1,0]T | [0,0,0]T | [0,0,0]T |
2 | [2.5,-1.5,0]T | [0,0,0]T | [0,0,0]T |
3 | [0,-1.5,0]T | [0,0,0]T | [0,0,0]T |
跟随者无人机 | x轴方向 | y轴方向 | z轴方向 |
---|---|---|---|
1 | 251 | 264 | 243 |
2 | 323 | 288 | 281 |
3 | 312 | 292 | 284 |
表6 事件触发机制下触发次数
Table 6 The triggering frequency with the event triggering mechanism
跟随者无人机 | x轴方向 | y轴方向 | z轴方向 |
---|---|---|---|
1 | 251 | 264 | 243 |
2 | 323 | 288 | 281 |
3 | 312 | 292 | 284 |
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