【机器人】具有扰动抑制功能的有限时间基于方位角的领航者-跟随者编队控制附Matlab代码

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🔥 内容介绍

一、研究背景与意义

在当今的 robotics 领域，多智能体系统的编队控制因其在诸多实际场景中的广泛应用前景，已成为研究热点之一。领航者 - 跟随者（Leader - Follower）策略作为多智能体编队控制的常用方法，通过指定一个或多个领航者，使其余跟随者根据领航者的状态调整自身运动，从而实现整个系统的编队目标。

在实际应用中，多智能体系统往往会面临各种不确定性因素的干扰，例如外界环境中的风阻、水流干扰，以及智能体自身动力学特性带来的参数摄动等，这些扰动会严重影响编队控制的精度和稳定性。同时，在许多任务场景下，如紧急救援、军事侦察等，对编队控制的响应速度有着较高要求，需要系统能够在有限时间内完成编队任务，以确保任务的时效性和有效性。

方位角信息作为一种重要的相对位置测量信息，在多智能体编队控制中具有独特的优势。基于方位角的编队控制无需获取智能体之间精确的距离信息，仅通过测量跟随者相对于领航者的方位角，就能实现跟随者的运动控制，大大降低了系统的感知复杂度和硬件成本。因此，研究具有扰动抑制功能的有限时间基于方位角的领航者 - 跟随者编队控制，对于提高多智能体系统在复杂环境下的编队性能，拓展其实际应用范围具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、问题描述

五、总结与展望

（一）研究总结

本研究针对多智能体系统领航者 - 跟随者编队控制中存在的外部扰动和对收敛时间要求的问题，提出了一种具有扰动抑制功能的有限时间基于方位角的编队控制策略。主要研究工作和成果如下：

1. 建立了包含领航者和跟随者的多智能体系统动力学模型，考虑了外部扰动对系统的影响，定义了跟随者相对于领航者的方位角，并明确了编队控制目标。

1. 设计了非线性扰动观测器，用于估计作用在跟随者上的外部扰动，为扰动补偿提供了准确的扰动信息。

1. 基于终端滑模控制理论，结合扰动观测器的扰动估计值，设计了有限时间控制器，包括线速度控制器和角速度控制器，实现了跟随者在有限时间内对领航者的跟踪和期望编队的保持。

1. 利用 Lyapunov 稳定性理论对所设计的控制系统进行了稳定性分析，证明了系统的有限时间稳定性。

1. 通过数值仿真实验验证了所提出控制策略的有效性，仿真结果表明该策略具有良好的跟踪性能、扰动抑制能力和有限时间收敛特性。

（二）研究展望

尽管本研究取得了一定的成果，但仍有一些方面可以进一步深入研究和拓展：

1. 目前的研究假设多智能体系统中只有一个领航者，未来可以考虑多领航者的情况，研究多领航者下的有限时间基于方位角的编队控制策略，提高系统的容错性和灵活性。

1. 本研究中假设外部扰动是有界的，但未考虑扰动的时变特性和不确定性的进一步增强，未来可以研究更具鲁棒性的扰动抑制方法，如自适应扰动观测器、滑模扰动观测器等，以应对更复杂的扰动环境。

1. 在实际应用中，多智能体系统可能会面临通信延迟、数据丢包等问题，未来可以将通信延迟和数据丢包等因素纳入系统模型，研究具有通信约束的有限时间基于方位角的编队控制策略。

1. 可以进一步考虑智能体的非完整约束、动力学耦合等更复杂的动力学特性，设计更符合实际智能体特性的有限时间编队控制器，提高控制策略的实用性和适用性。

1. 未来可以开展实验研究，通过实际的多智能体平台（如无人机、无人车等）验证所提出控制策略的实际应用效果，为实际工程应用提供更有力的支持。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 王艺璇.基于PMU信息的电网失步解列方法研究[D].华北电力大学（北京）,2011.DOI:10.7666/d.y1954562.

[2] 李欣,蔡光斌,吴彤,等.一种基于应力矩阵的无人机集群队形变换控制方法[J].控制与决策, 2024, 39(7):2195-2204.DOI:10.13195/j.kzyjc.2022.2186.

[3] 赵菁祥.基于LESO的无人机紧密编队自抗扰滑模控制研究[D].广东工业大学[2025-11-16].DOI:CNKI:CDMD:2.1018.866858.

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