54、带干扰的多非完整轮式机器人编队控制

带干扰的多非完整轮式机器人编队控制

1. 引言

在多智能体分布式系统中，一致性或同步问题从理论和实践角度都备受关注，它是合作协调控制的基础，在分布式传感器网络、集群运动、分布式姿态对齐、多导弹协同攻击和编队控制等众多领域有广泛应用。其目标是设计交互协议或算法，使一组智能体随时间达成特定状态或输出的共同值。

多移动机器人的分布式编队控制是控制和机器人领域的活跃研究方向。机器人间的信息交换能克服个体能力、知识或资源的限制，具有高效、稳定和低成本等优势。编队控制旨在控制一组多智能体系统按特定几何形状移动或排列。

近年来，多机器人编队系统设计采用了多种算法，如领导者 - 跟随者、虚拟结构、代数图论和基于行为的方法。领导者 - 跟随者方法因易于实现而被广泛研究。以往研究聚焦于受速度约束的网络化非完整车辆，以及单领导者和单跟随者情况，可简化为轨迹跟踪控制问题。也有基于领导者估计状态开发的基于领导者的互连拓扑分布式编队控制协议。

本文针对带干扰的非完整移动机器人二阶编队控制问题，提出分布式编队控制策略，主要贡献如下：
- 采用树拓扑结构，提高实时性能并降低通信复杂度。
- 考虑动力学方程和外部干扰作用，更准确描述机器人运动特性。
- 设计干扰观测器，减轻干扰影响。
- 开发分布式编队控制协议，高效协调实现期望编队。

2. 互连拓扑

本文采用树拓扑结构。考虑一组标记为 0, 1, …, N 的领导者 - 跟随者机器人系统，根据机器人间通信将系统分为 k 层：
- 领导者在第 0 层，标记为 0, 0。
- 第 1 层有 n1 个跟随者，标记为 1, i（i = 1, 2,