基于分布式扩张状态观测器的多飞行器编队控制

为使飞行器群按照期望队形飞行,提出“领导-跟随”架构下的编队控制方法.首先设计分布式扩张状态观测器,从而跟随者能估计虚拟领导者的位置与速度;然后根据观测器输出以及期望队形中的相对位置关系,计算跟随者的期望位置,给出基于动态面控制的位置跟踪控制律,跟随者可跟踪期望位置.借助Lyapunov稳定性理论证明了所设计方法的稳定性,并通过数值仿真验证了其有效性.分布式扩张状态观测器仅需获取虚拟领导者位置的观测值即可同时估计虚拟领导者的位置与速度;该编队控制方法可使队形在空间中的指向与虚拟领导者速度保持一致.

基于协同估计的三维多导弹博弈制导律

针对三维空间中多导弹协同拦截机动目标的挑战,基于广义零控脱靶量概念,提出一种新的多导弹协同博弈性能目标函数和分布式抗饱和扩张状态观测器。首先,建立一个三维多导弹拦截机动目标的非线性模型,并提出了一种精确的零控脱靶量计算方法。基于此方法,构建了多导弹协同拦截的博弈性能目标函数,并设计了基于信息融合理论的分布式抗饱和扩张状态观测器对机动目标的机动加速度进行协同估计。最后采用了哈里斯鹰粒子群优化算法来计算制导指令,旨在以最优的燃料消耗实现最优的拦截效果。通过对4种不同交战场景的仿真实验,验证了该协同博弈制导律的优越性和有效性。

模型不确定下无人艇协同目标跟踪控制

本文针对感知信息不完全、模型参数不确定、海洋环境扰动下的多无人艇系统,文章提出了分布式分层协同目标估计与控制结构.在通信层级,本文设计了基于单向通信拓扑的分布式扩张状态观测器,实现了对非合作目标速度与位置的分布式估计;在控制层级,设计了仅需要相对视距距离的降维扩张状态观测器,不仅实现了对未知动力学不确定性的估计,而且简化了观测器的结构.本文设计了基于降维扩张状态观测器的抗干扰位置跟踪控制律,提高了协同目标跟踪的抗干扰能力.文章采用级联系统稳定性分析证明了闭环系统是输入状态稳定的.此外,本文证明了闭环系统内跟踪误差是一致最终有界的.仿真结果验证了所提方法的有效性.

基于领导者-跟随者模型的异质多智能体系统一致性

针对由一阶智能体、二阶智能体以及Euler-Lagrange智能体组成的异质多智能体系统,研究在领导者-跟随者网络模型下系统一致性的问题。当系统中存在一个一阶静态领导者时,跟随者之间的网络拓扑是无向连通的,设计了一致性控制协议,应用图论知识与拉塞尔不变集原理证明了协议的可行性;另外,当异质系统中有一个动态二阶领导者时,跟随者无法获取领导者的速度信息,采用设计分布式状态观测器的方法,给出了系统的一致性控制协议。一些仿真算例验证了所得结论的有效性。

带有输入时滞的领导跟随系统扰动抑制一致性

针对一类受到外部干扰且有输入时滞的多智能体系统,讨论了在固定有向拓扑下的领导跟随扰动抑制一致性问题;首先,对于存在外部干扰的多智能体系统,给出分布式状态观测器,使得每个智能体的系统状态和外部干扰被同时估计;其次,基于截取预测方法,利用邻居智能体相对输出信息获得的状态估计和自身干扰估计为每个智能体设计一致性协议;然后,用Lyapunov-Krasovskii理论对系统的观测性和稳定性进行分析,获得满足多智能体系统稳定的充分条件,并将控制器增益和观测器增益求解转化为求解线性矩阵不等式(LMIs)的形式;最后,通过一个仿真例子来验证所得结果的可行性和有效性。