CN113031644A - 一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法、装置及介质 - Google Patents

一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法、装置及介质 Download PDF

Info

Publication number
CN113031644A
CN113031644A CN202110173774.4A CN202110173774A CN113031644A CN 113031644 A CN113031644 A CN 113031644A CN 202110173774 A CN202110173774 A CN 202110173774A CN 113031644 A CN113031644 A CN 113031644A
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
aircraft
communication
matrix
control system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110173774.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113031644B (zh
Inventor
雷琪
罗莹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN202110173774.4A priority Critical patent/CN113031644B/zh
Publication of CN113031644A publication Critical patent/CN113031644A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113031644B publication Critical patent/CN113031644B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G05D1/104—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft involving a plurality of aircrafts, e.g. formation flying

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法、装置及介质，该方法通过建立离散通信时滞模型，设计事件触发阈值函数，利用飞行器节点间的信息交互，对检测到的信号与阈值函数进行比较，从而减少控制器的控制次数，大大地减少了对控制元器件的损耗。

Description

一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法、装 置及介质
技术领域
本发明属于飞行器控制领域，特别涉及一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法、装置及介质。
背景技术
飞行器编队控制系统中，信息实时交互是飞行器系统能够稳定控制的前提。然而，信息传输的速度是有限的，同一邻域飞行器之间的通信不可避免地存在时滞，尤其是通信时滞。时滞较大时可能会导致飞行器无法完成正常的信息交流从而编队失败。因此，研究具有通讯时滞的飞行器编队控制系统具有重要的现实意义。与传统的单系统不同，飞行器编队控制系统可以看作由多个控制器控制的子系统组成的多智能体系统。
在过去几十年里，飞行器编队控制受到了学术界极大的关注，因其能代替大型复杂的航空器主要任务是设计合适的控制协议相互协调各飞行器，完成相应的任务，如运输物资、搜索救援和勘察等。飞行器编队控制系统需要有明确的信息反馈最终收敛到设定好的轨迹。
然而，时滞是普遍存在与飞行器编队控制系统中的，例如，当系统更新信息时，执行器无法立即执行命令；无法在一个采样周期内采集和计算出所需的状态信息；数据传输的速度在通信网络中不可避免地受到限制等等。网络时滞极有可能超出通信网络所允许的最大时滞界限从而导致整个系统变得不稳定。由于传输速度和网络带宽的限制，公共通信网络装置在传输信息和交流信息时都会时延。
由于输入时滞的影响，系统不可避免地产生误差。若是按照传统的周期控制，对于采样时间极短的系统，势必会照成控制器的频繁动作从而损耗系统器件。基于此，将事件触发机制应用到飞行器编队控制系统中是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法、装置及介质。
本发明提供的技术方案如下：
一方面，一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法，其特征在于，包括：
步骤一、基于图论法建立飞行器编队控制系统的动力学模型以及通信时滞模型；
利用图论法表示飞行器控制系统的通信网络；
所述飞行器编队控制系统有N个连通的节点，飞行器编队控制系统的通信网络图为
Figure BDA0002939756360000021
为所述通信网络图中的节点的集合；
Figure BDA0002939756360000022
表示所述通信网络图的边的集合；
Figure BDA0002939756360000023
表示所述通信网络图中节点之间的通信邻接矩阵，若节点i能与节点j相互传输信息时，aij＞0；Ni＝{j|(i，j)∈ε}表示为节点i的邻接节点集；Ni＝{j|(i，j)∈ε}表示为节点i的邻接节点集；
若能进行信息传输，则aij＝1，否则，aij＝0；
步骤101、建立所述飞行器节点的连续系统模型；
Figure BDA0002939756360000024
Figure BDA0002939756360000025
Figure BDA0002939756360000026
其中，xi(t)，vi(t)，ui(t)分别表示节点i在t时刻的位置信息、速度信息和控制信号，i＝{1，2，…，N}，xj，vj分别表示节点j在t时刻的位置信息、速度信息，j＝{1，2，…，N}，aij用来描述节点i和节点j之间是否能进行信息传输；k为设定的正增益系数，u(t)表示飞行器编队控制系统的控制信号，
Figure BDA0002939756360000027
和
Figure BDA0002939756360000028
分别表示xi(t)和vi(t)的导数；
步骤102、设定采样周期，对所述飞行器节点的连续系统模型离散化，得到飞行器节点的离散模型；并基于飞行器节点的离散模型，构建飞行器节点的控制信号受到通信时滞的影响模型；
Figure BDA0002939756360000029
其中，τ为节点i和节点j之间的通信时滞，取值为采样周期的正整数倍；
步骤二、建立事件触发机制阈值函数；
fi(t)＝||ei(t)||2-μi||zi(t)||2
Figure BDA00029397563600000210
Figure BDA00029397563600000211
Figure BDA00029397563600000212
其中，fi(t)表示节点i在t时刻的事件触发机制阈值函数，ei(t)表示节点i在t时刻由于通信时滞导致的位置信息和速度信息的总误差；zi(t)表示在t时刻节点i与邻居飞行器节点之间的输出误差；
Figure BDA00029397563600000213
表示节点i的第K个触发时刻；μi表示误差修正参数，取值为能使飞行器编队控制系统保持稳定的正值；
步骤三、基于节点i的事件触发机制阈值函数值，获取被检测节点的控制信号；当fi(t)＞0时，飞行器编队控制系统的控制器更新输出的控制信号，同时，把节点i的最新信息发送到邻居节点。
进一步地，飞行器节点的离散模型如下：
xi(t+h)＝xi(t)+vi(t)h
vi(t+h)＝vi(t)+ui(t)h
Figure BDA0002939756360000031
其中，h为采样周期。
进一步地，基于fi(t)获得节点i在事件触发时刻时的控制信号：
Figure BDA0002939756360000032
当fi(t)大于0时，节点i就会触发一次控制系统更新，更新后的信息也会同时通知到邻居节点；否则，控制系统不会进行任何动作。
进一步地，所述误差修正参数的计算过程如下：
步骤A：根据通信邻接矩阵得到拉普拉斯矩阵；
Figure BDA0002939756360000033
其中，L表示通信邻接矩阵对应的拉普拉斯矩阵，lij表示L中的元素；
步骤B：构建李雅普诺夫泛函：
V(t)＝V1(t)+V2(t)
V1(t)＝xT(t)Px(t)+vT(t)Pv(t)
Figure BDA0002939756360000034
其中，P和Q均为正定对称矩阵，V1(t)和V2(t)表示构建的李雅普诺夫函数，x(t)，v(t)分别表示所有飞行器节点的位置信息和速度信息构成的N*1维矩阵，xT(t)，vT(t)分别表示x(t)，v(t)的转置；x(s)，v(s)分别表示所有飞行器节点的位置信息和速度信息构成的N*1维矩阵，xT(s)，vT(s)分别表示x(s)，v(s)的转置；
Figure BDA0002939756360000041
步骤C：求出能使能使飞行器编队控制系统保持稳定，即ΔV＜0的误差修正参数μi的取值范围：
Figure BDA0002939756360000042
Figure BDA0002939756360000043
Figure BDA0002939756360000044
因为
z(t)＝Lx(t)+Lv(t)
0L≤LTL≤λN 2I
Figure BDA0002939756360000045
使ΔV＜0，即：
Figure BDA0002939756360000051
其中，η(t)表示中间变量，ηT(t)表示η(t)的转置，G表示中间矩阵，I表示N*N的单位矩阵，μ表示误差修正参数中间变量；
获得μi的取值范围：
Figure BDA0002939756360000052
μi≤μ；
其中，λN是系统通信拓扑图对应的拉普拉斯矩阵L的最大特征值。
另一方面，一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发装置，包括：
通信网络图构建模块：基于图论法建立飞行器编队控制系统的通信网络，获得通信网络中节点之间的通信邻接矩阵；
连续系统模型构建模块：利用节点之间的通信邻接矩阵，建立飞行器节点的连续系统模型；
离散模块，基于设定的采样周期，对所述飞行器节点的连续系统模型离散化，得到飞行器节点的离散模型：
通信时滞影响模块：基于飞行器节点的离散模型，构建飞行器节点的控制信号受到通信时滞的影响模型；
事件触发机制阈值函数模块：利用误差修正参数对节点i与邻居飞行器节点之间的输出误差进行修正，获得修正误差，以节点i在t时刻由于通信时滞导致的位置信息和速度信息的总误差与修正误差之间的差值，获得事件触发机制阈值函数；
事件触发模块：基于节点i的事件触发机制阈值函数值，获取被检测节点的控制信号；当事件触发机制阈值函数时，飞行器编队控制系统的控制器更新输出的控制信号，同时，把节点i的最新信息发送到邻居节点。
进一步地，飞行器节点的离散模型如下：
xi(t+h)＝xi(t)+vi(t)h
vi(t+h)＝vi(t)+ui(t)h
Figure BDA0002939756360000053
其中，h为采样周期。
进一步地，所述事件触发机制阈值函数模块中的事件触发机制阈值函数如下：
fi(t)＝||ei(t)||2-μi||zi(t)||2
Figure BDA0002939756360000061
Figure BDA0002939756360000062
Figure BDA0002939756360000063
其中，fi(t)表示节点i在t时刻的事件触发机制阈值函数，ei(t)表示节点i在t时刻由于通信时滞导致的位置信息和速度信息的总误差；zi(t)表示在t时刻节点i与邻居飞行器节点之间的输出误差；
Figure BDA0002939756360000064
表示节点i的第K个触发时刻；μi表示误差修正参数，取值为能使飞行器编队控制系统保持稳定的正值；
进一步地，基于fi(t)获得节点i在事件触发时刻时的控制信号：
Figure BDA0002939756360000065
当fi(t)大于0时，节点i就会触发一次控制系统更新，更新后的信息也会同时通知到邻居节点；否则，控制系统不会进行任何动作。
进一步地，所述误差修正参数的计算过程如下：
步骤A：根据通信邻接矩阵得到拉普拉斯矩阵；
Figure BDA0002939756360000066
其中，L表示通信邻接矩阵对应的拉普拉斯矩阵，lij表示L中的元素；
步骤B：构建李雅普诺夫泛函数：
V(t)＝V1(t)+V2(t)
V1(t)＝xT(t)Px(t)+vT(t)Pv(t)
Figure BDA0002939756360000067
其中，P和Q均为正定对称矩阵，V1(t)和V2(t)表示构建的李雅普诺夫函数，x(t)，v(t)分别表示所有飞行器节点的位置信息和速度信息构成的N*1维矩阵，xT(t)，vT(t)分别表示x(t)，v(t)的转置；x(s)，v(s)分别表示所有飞行器节点的位置信息和速度信息构成的N*1维矩阵，xT(s)，vT(s)分别表示x(s)，v(s)的转置；
步骤C：求出能使能使飞行器编队控制系统保持稳定，即ΔV＜0的误差修正参数μi的取值范围：
Figure BDA0002939756360000071
Figure BDA0002939756360000072
Figure BDA0002939756360000073
使ΔV＜0，即：
Figure BDA0002939756360000074
其中，η(t)表示中间变量，ηT(t)表示η(t)的转置，G表示中间矩阵，I表示N*N的单位矩阵，μ表示误差修正参数中间变量；
获得μi的取值范围：
Figure BDA0002939756360000075
μi≤μ；
其中，λN是系统通信拓扑图对应的拉普拉斯矩阵L的最大特征值。
再一方面，一种计算机存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序指令被处理终端执行时，使所述处理终端执行上述的一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法。
有益效果
本发明技术方案提供了一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法、装置及介质，该方法通过建立离散通信时滞模型，设计事件触发阈值函数，利用飞行器节点间的信息交互，对检测到的信号与阈值函数进行比较，从而减少控制器的控制次数，大大地减少了对控制元器件的损耗。
附图说明
图1为本发明实例所提供的方法的流程图；
图2为飞行器编队控制系统的通信网络拓扑图；
图3为飞行器被检测节点的位置信息；
图4为飞行器被检测节点的速度信息；
图5为飞行器被检测节点在存在事件触发机制下的控制器控制次数；
图6为飞行器被检测节点在没有事件触发机制下的控制器控制次数。
具体实施方式
为了更加清晰的描述本发明的目的、技术以及特点，以下将结合附图与具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法，其特征在于，包括：
步骤一、基于图论法建立飞行器编队控制系统的动力学模型以及通信时滞模型；
利用图论法表示飞行器控制系统的通信网络；
所述飞行器编队控制系统有N个连通的节点，飞行器编队控制系统的通信网络图(如图2所示)为
Figure BDA0002939756360000081
为所述通信网络图中的节点的集合；
Figure BDA0002939756360000082
表示所述通信网络图的边的集合；
Figure BDA0002939756360000083
表示所述通信网络图中节点之间的通信邻接矩阵，若节点i能与节点j相互传输信息时，aij＞0；Ni＝{j|(i，j)∈ε}表示为节点i的邻接节点集；Ni＝{j|(i，j)∈ε}表示为节点i的邻接节点集；
若能进行信息传输，则aij＝1，否则，aij＝0；
步骤101、建立所述飞行器节点的连续系统模型；
Figure BDA0002939756360000091
Figure BDA0002939756360000092
Figure BDA0002939756360000093
其中，xi(t)，vi(t)，ui(t)分别表示节点i在t时刻的位置信息、速度信息和控制信号，i＝{1，2，…，N}，xj，vj分别表示节点j在t时刻的位置信息、速度信息，j＝{1，2，…，N}，aij用来描述节点i和节点j之间是否能进行信息传输；k为设定的正增益系数，u(t)表示飞行器编队控制系统的控制信号，
Figure BDA0002939756360000094
和
Figure BDA0002939756360000095
分别表示xi(t)和vi(t)的导数；
步骤102、设定采样周期，对所述飞行器节点的连续系统模型离散化，得到飞行器节点的离散模型：
飞行器节点的离散模型如下：
xi(t+h)＝xi(t)+vi(t)h
vi(t+h)＝vi(t)+ui(t)h
Figure BDA0002939756360000096
其中，h为采样周期。
步骤103、基于飞行器节点的离散模型，构建飞行器节点的控制信号受到通信时滞的影响模型；
Figure BDA0002939756360000097
其中，τ为节点i和节点j之间的通信时滞，取值为采样周期的正整数倍；
步骤二、建立事件触发机制阈值函数；
fi(t)＝||ei(t)||2-μi||zi(t)||2
Figure BDA0002939756360000098
Figure BDA0002939756360000099
Figure BDA00029397563600000910
其中，fi(t)表示节点i在t时刻的事件触发机制阈值函数，ei(t)表示节点i在t时刻由于通信时滞导致的位置信息和速度信息的总误差；zi(t)表示在t时刻节点i与邻居飞行器节点之间的输出误差；
Figure BDA00029397563600000911
表示节点i的第K个触发时刻；μi表示误差修正参数，取值为能使飞行器编所述误差修正参数的计算过程如下：
步骤A：根据通信邻接矩阵得到拉普拉斯矩阵；
Figure BDA0002939756360000101
其中，L表示通信邻接矩阵对应的拉普拉斯矩阵，lij表示L中的元素；
步骤B：构建李雅普诺夫泛函：
V(t)＝V1(t)+V2(t)
V1(t)＝xT(t)Px(t)+vT(t)Pv(t)
Figure BDA0002939756360000102
其中，P和Q均为正定对称矩阵，V1(t)和V2(t)表示构建的李雅普诺夫函数，x(t)，v(t)分别表示所有飞行器节点的位置信息和速度信息构成的N*1维矩阵，xT(t)，vT(t)分别表示x(t)，v(t)的转置；x(s)，v(s)分别表示所有飞行器节点的位置信息和速度信息构成的N*1维矩阵，xT(s)，vT(s)分别表示x(s)，v(s)的转置；
Figure BDA0002939756360000103
步骤C：求出能使能使飞行器编队控制系统保持稳定，即ΔV＜0的误差修正参数μi的取值范围：
Figure BDA0002939756360000104
Figure BDA0002939756360000105
Figure BDA0002939756360000111
因为
z(t)＝Lx(t)+Lv(t)
0L≤LTL≤λN 2I
Figure BDA0002939756360000112
使ΔV＜0，即：
Figure BDA0002939756360000113
其中，η(t)表示中间变量，ηT(t)表示η(t)的转置，G表示中间矩阵，I表示N*N的单位矩阵，μ表示误差修正参数中间变量；
获得μi的取值范围：
Figure BDA0002939756360000114
μi≤μ；
其中，λN是系统通信拓扑图对应的拉普拉斯矩阵L的最大特征值；
本发明实例中，设置5个飞行器节点，此时拉普拉斯矩阵为：
Figure BDA0002939756360000115
事件触发阈值函数的误差修正参数中间变量：μ＝0.01；
步骤三、基于节点i的事件触发机制阈值函数值，获取被检测节点的控制信号；当fi(t)＞0时，飞行器编队控制系统的控制器更新输出的控制信号，同时，把节点i的最新信息发送到邻居节点。
图3和图4是对五个节点的位置信息和速度信息进行检测的结果仿真图。图5是存在事件触发机制的情况下，控制器的控制次数。图6为没有事件触发机制下的情况下控制器控制次数。
从图中可以发现，在通信时滞会加大系统误差的情况下，如果没有事件触发机制，它将会导致控制器频繁动作，对系统造成极大的损耗。而引入事件触发机制后，控制频率大大地减少。
一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发装置，包括：
通信网络图构建模块：基于图论法建立飞行器编队控制系统的通信网络，获得通信网络中节点之间的通信邻接矩阵；
连续系统模型构建模块：利用节点之间的通信邻接矩阵，建立飞行器节点的连续系统模型；
离散模块，基于设定的采样周期，对所述飞行器节点的连续系统模型离散化，得到飞行器节点的离散模型：
通信时滞影响模块：基于飞行器节点的离散模型，构建飞行器节点的控制信号受到通信时滞的影响模型；
事件触发机制阈值函数模块：利用误差修正参数对节点i与邻居飞行器节点之间的输出误差进行修正，获得修正误差，以节点i在t时刻由于通信时滞导致的位置信息和速度信息的总误差与修正误差之间的差值，获得事件触发机制阈值函数；
事件触发模块：基于节点i的事件触发机制阈值函数值，获取被检测节点的控制信号；当事件触发机制阈值函数时，飞行器编队控制系统的控制器更新输出的控制信号，同时，把节点i的最新信息发送到邻居节点。
应当理解，本发明各个实施例中的功能单元模块可以集中在一个处理单元中，也可以是各个单元模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上的单元模块集成在一个单元模块中，可以采用硬件或软件的形式来实现。
一种计算机存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序指令被处理终端执行时，使所述处理终端执行上述的一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法，其特征在于，包括：
步骤一、基于图论法建立飞行器编队控制系统的动力学模型以及通信时滞模型；
步骤101、建立所述飞行器节点的连续系统模型；
Figure FDA0002939756350000011
Figure FDA0002939756350000012
其中，xi(t),vi(t),ui(t)分别表示节点i在t时刻的位置信息、速度信息和控制信号，i＝{1,2,…,N}，xj,vj分别表示节点j在t时刻的位置信息、速度信息，j＝{1,2,…,N}，aij用来描述节点i和节点j之间是否能进行信息传输；k为设定的正增益系数，u(t)表示飞行器编队控制系统的控制信号，
Figure FDA0002939756350000013
和
Figure FDA0002939756350000014
分别表示xi(t)和vi(t)的导数；
步骤102、设定采样周期，对所述飞行器节点的连续系统模型离散化，得到飞行器节点的离散模型；并基于飞行器节点的离散模型，构建飞行器节点的控制信号受到通信时滞的影响模型；
Figure FDA0002939756350000015
其中，τ为节点i和节点j之间的通信时滞，取值为采样周期的正整数倍；
步骤二、建立事件触发机制阈值函数：
Figure FDA0002939756350000016
其中，fi(t)表示节点i在t时刻的事件触发机制阈值函数，ei(t)表示节点i在t时刻由于通信时滞导致的位置信息和速度信息的总误差；zi(t)表示在t时刻节点i与邻居飞行器节点之间的输出误差；
Figure FDA0002939756350000018
表示节点i的第K个触发时刻；μi表示误差修正参数，取值为能使飞行器编队控制系统保持稳定的正值；
步骤三、基于节点i的事件触发机制阈值函数值，获取被检测节点的控制信号；当fi(t)＞0时，飞行器编队控制系统的控制器更新输出的控制信号，同时，把节点i的最新信息发送到邻居节点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，飞行器节点的离散模型如下：
xi(t+h)＝xi(t)+vi(t)h
vi(t+h)＝vi(t)+ui(t)h
Figure FDA0002939756350000019
其中，h为采样周期。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于fi(t)获得节点i在事件触发时刻时的控制信号：
Figure FDA0002939756350000021
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述误差修正参数的计算过程如下：
步骤A：根据通信邻接矩阵得到拉普拉斯矩阵；
Figure FDA0002939756350000022
其中，L表示通信邻接矩阵对应的拉普拉斯矩阵，lij表示L中的元素；
步骤B：构建李雅普诺夫泛函：
V(t)＝V1(t)+V2(t)
V1(t)＝xT(t)Px(t)+vT(t)Pv(t)
Figure FDA0002939756350000023
其中，P和Q均为正定对称矩阵，V1(t)和V2(t)表示构建的李雅普诺夫函数，x(t)，v(t)分别表示所有飞行器节点的位置信息和速度信息构成的N*1维矩阵，xT(t)，vT(t)分别表示x(t)，v(t)的转置；x(s)，v(s)分别表示所有飞行器节点的位置信息和速度信息构成的N*1维矩阵，xT(s)，vT(s)分别表示x(s)，v(s)的转置；
步骤C：求出能使能使飞行器编队控制系统保持稳定，即ΔV＜0的误差修正参数μi的取值范围：
Figure FDA0002939756350000024
Figure FDA0002939756350000031
Figure FDA0002939756350000032
使ΔV＜0，即：
Figure FDA0002939756350000033
其中，η(t)表示中间变量，ηT(t)表示η(t)的转置，G表示中间矩阵，I表示N*N的单位矩阵，μ表示误差修正参数中间变量；
获得μi的取值范围：
Figure FDA0002939756350000034
μi≤μ；
其中，λN是系统通信拓扑图对应的拉普拉斯矩阵L的最大特征值。
5.一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发装置，其特征在于，包括：
通信网络图构建模块：基于图论法建立飞行器编队控制系统的通信网络，获得通信网络中节点之间的通信邻接矩阵；
连续系统模型构建模块：利用节点之间的通信邻接矩阵，建立飞行器节点的连续系统模型；
离散模块，基于设定的采样周期，对所述飞行器节点的连续系统模型离散化，得到飞行器节点的离散模型：
通信时滞影响模块：基于飞行器节点的离散模型，构建飞行器节点的控制信号受到通信时滞的影响模型；
事件触发机制阈值函数模块：利用误差修正参数对节点i与邻居飞行器节点之间的输出误差进行修正，获得修正误差，以节点i在t时刻由于通信时滞导致的位置信息和速度信息的总误差与修正误差之间的差值，获得事件触发机制阈值函数；
事件触发模块：基于节点i的事件触发机制阈值函数值，获取被检测节点的控制信号；当事件触发机制阈值函数时，飞行器编队控制系统的控制器更新输出的控制信号，同时，把节点i的最新信息发送到邻居节点。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，飞行器节点的离散模型如下：
xi(t+h)＝xi(t)+vi(t)h
vi(t+h)＝vi(t)+ui(t)h
Figure FDA0002939756350000041
其中，h为采样周期。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述事件触发机制阈值函数模块中的事件触发机制阈值函数如下：
fi(t)＝||ei(t)||2-μi||zi(t)||2
Figure FDA0002939756350000042
Figure FDA0002939756350000043
Figure FDA0002939756350000044
其中，fi(t)表示节点i在t时刻的事件触发机制阈值函数，ei(t)表示节点i在t时刻由于通信时滞导致的位置信息和速度信息的总误差；zi(t)表示在t时刻节点i与邻居飞行器节点之间的输出误差；
Figure FDA0002939756350000045
表示节点i的第K个触发时刻；μi表示误差修正参数，取值为能使飞行器编队控制系统保持稳定的正值；
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，基于fi(t)获得节点i在事件触发时刻时的控制信号：
Figure FDA0002939756350000046
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述误差修正参数的计算过程如下：
步骤A：根据通信邻接矩阵得到拉普拉斯矩阵；
Figure FDA0002939756350000047
其中，L表示通信邻接矩阵对应的拉普拉斯矩阵，lij表示L中的元素；
步骤B：构建李雅普诺夫泛函：
V(t)＝V1(t)+V2(t)
V1(t)＝xT(t)Px(t)+vT(t)Pv(t)
Figure FDA0002939756350000051
其中，P和Q均为正定对称矩阵，V1(t)和V2(t)表示构建的李雅普诺夫函数，x(t)，v(t)分别表示所有飞行器节点的位置信息和速度信息构成的N*1维矩阵，xT(t)，vT(t)分别表示x(t)，v(t)的转置；x(s)，v(s)分别表示所有飞行器节点的位置信息和速度信息构成的N*1维矩阵，xT(s)，vT(s)分别表示x(s)，v(s)的转置；
步骤C：求出能使能使飞行器编队控制系统保持稳定，即ΔV＜0的误差修正参数μi的取值范围：
Figure FDA0002939756350000052
Figure FDA0002939756350000053
Figure FDA0002939756350000054
使ΔV＜0，即：
Figure FDA0002939756350000061
其中，η(t)表示中间变量，ηT(t)表示η(t)的转置，G表示中间矩阵，I表示N*N的单位矩阵，μ表示误差修正参数中间变量；
获得μi的取值范围：
Figure FDA0002939756350000062
μi≤μ；
其中，λN是系统通信拓扑图对应的拉普拉斯矩阵L的最大特征值。
10.一种计算机存储介质，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序指令被处理终端执行时，使所述处理终端执行权利要求1-4任一项所述的一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法。
CN202110173774.4A 2021-02-06 2021-02-06 一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法、装置及介质 Active CN113031644B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110173774.4A CN113031644B (zh) 2021-02-06 2021-02-06 一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法、装置及介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110173774.4A CN113031644B (zh) 2021-02-06 2021-02-06 一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法、装置及介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113031644A true CN113031644A (zh) 2021-06-25
CN113031644B CN113031644B (zh) 2022-04-01

Family

ID=76460765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110173774.4A Active CN113031644B (zh) 2021-02-06 2021-02-06 一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法、装置及介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113031644B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113486577A (zh) * 2021-06-28 2021-10-08 金陵科技学院 一种基于混合分布估计算法的地理大数据传输方法

Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5152482A (en) * 1990-06-29 1992-10-06 Standard Space Platforms Corp. Modular mother satellite bus for subsidiary payloads
EP1562332A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-10 Siemens Mobile Communications S.p.A. Mapping adhoc MAC protocol layer onto existing formats of the slotted channel
EP2418806A1 (en) * 2009-04-08 2012-02-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Data relay device and data relay method used in the device
CN105204341A (zh) * 2015-09-25 2015-12-30 西安石油大学 一种基于切换控制理论的网络控制系统鲁棒跟踪控制方法
US20170006490A1 (en) * 2014-01-26 2017-01-05 Zillionsource Technologies Co.,Ltd. Sensor network for reporting based on trigger of event library
CN107203221A (zh) * 2017-06-01 2017-09-26 合肥工业大学 无人机和有人机混合编队内的在线信息分发方法和装置
CN107918284A (zh) * 2018-01-10 2018-04-17 重庆大学 非线性倒立摆系统基于事件触发策略的模糊控制方法
CN107966908A (zh) * 2018-01-17 2018-04-27 重庆大学 基于事件触发机制的非线性卡车拖车系统的模糊控制方法
CN108092833A (zh) * 2018-02-28 2018-05-29 哈尔滨理工大学 一种多智能体一致性故障诊断方法
CN108107725A (zh) * 2017-12-05 2018-06-01 南京航空航天大学 基于事件触发的二阶时变时延多智能体系统包容控制方法
CN108427430A (zh) * 2018-03-30 2018-08-21 南京航空航天大学 基于网络控制的四旋翼飞行器控制方法
CN108829065A (zh) * 2018-07-16 2018-11-16 东北大学 基于事件触发的分布式发电系统时滞输出协同控制方法
CN108897340A (zh) * 2018-09-10 2018-11-27 北京航空航天大学 一种通信和计算约束下航天器编队飞行相对位置控制方法
CN109001977A (zh) * 2018-08-17 2018-12-14 海南大学 一种npccs未知网络时延的补偿与控制方法
CN109254532A (zh) * 2018-04-19 2019-01-22 北京理工大学 一种面向通信时滞的多智能体分布式合作故障检测方法
CN110308659A (zh) * 2019-08-05 2019-10-08 沈阳航空航天大学 具有时延和切换拓扑的不确定多智能体系统混合触发一致的控制方法
US20200012544A1 (en) * 2017-03-29 2020-01-09 Amazon Technologies, Inc. Optimizing startup time for event-driven functions
CN110673611A (zh) * 2019-10-21 2020-01-10 武汉理工大学 一种基于事件触发方案和t-s模糊系统的欠驱动无人艇控制方法
CN111431588A (zh) * 2020-04-28 2020-07-17 中南大学 一种光通信星座网络拓扑生成方法及存储介质
CN111439392A (zh) * 2019-09-24 2020-07-24 上海航天控制技术研究所 一种航天器编队位置协同控制方法
CN111830976A (zh) * 2020-07-01 2020-10-27 武汉理工大学 DoS攻击下基于切换T-S模糊系统的无人船艇控制方法

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5152482A (en) * 1990-06-29 1992-10-06 Standard Space Platforms Corp. Modular mother satellite bus for subsidiary payloads
EP1562332A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-10 Siemens Mobile Communications S.p.A. Mapping adhoc MAC protocol layer onto existing formats of the slotted channel
EP2418806A1 (en) * 2009-04-08 2012-02-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Data relay device and data relay method used in the device
US20170006490A1 (en) * 2014-01-26 2017-01-05 Zillionsource Technologies Co.,Ltd. Sensor network for reporting based on trigger of event library
CN105204341A (zh) * 2015-09-25 2015-12-30 西安石油大学 一种基于切换控制理论的网络控制系统鲁棒跟踪控制方法
US20200012544A1 (en) * 2017-03-29 2020-01-09 Amazon Technologies, Inc. Optimizing startup time for event-driven functions
CN107203221A (zh) * 2017-06-01 2017-09-26 合肥工业大学 无人机和有人机混合编队内的在线信息分发方法和装置
CN108107725A (zh) * 2017-12-05 2018-06-01 南京航空航天大学 基于事件触发的二阶时变时延多智能体系统包容控制方法
CN107918284A (zh) * 2018-01-10 2018-04-17 重庆大学 非线性倒立摆系统基于事件触发策略的模糊控制方法
CN107966908A (zh) * 2018-01-17 2018-04-27 重庆大学 基于事件触发机制的非线性卡车拖车系统的模糊控制方法
CN108092833A (zh) * 2018-02-28 2018-05-29 哈尔滨理工大学 一种多智能体一致性故障诊断方法
CN108427430A (zh) * 2018-03-30 2018-08-21 南京航空航天大学 基于网络控制的四旋翼飞行器控制方法
CN109254532A (zh) * 2018-04-19 2019-01-22 北京理工大学 一种面向通信时滞的多智能体分布式合作故障检测方法
CN108829065A (zh) * 2018-07-16 2018-11-16 东北大学 基于事件触发的分布式发电系统时滞输出协同控制方法
CN109001977A (zh) * 2018-08-17 2018-12-14 海南大学 一种npccs未知网络时延的补偿与控制方法
CN108897340A (zh) * 2018-09-10 2018-11-27 北京航空航天大学 一种通信和计算约束下航天器编队飞行相对位置控制方法
CN110308659A (zh) * 2019-08-05 2019-10-08 沈阳航空航天大学 具有时延和切换拓扑的不确定多智能体系统混合触发一致的控制方法
CN111439392A (zh) * 2019-09-24 2020-07-24 上海航天控制技术研究所 一种航天器编队位置协同控制方法
CN110673611A (zh) * 2019-10-21 2020-01-10 武汉理工大学 一种基于事件触发方案和t-s模糊系统的欠驱动无人艇控制方法
CN111431588A (zh) * 2020-04-28 2020-07-17 中南大学 一种光通信星座网络拓扑生成方法及存储介质
CN111830976A (zh) * 2020-07-01 2020-10-27 武汉理工大学 DoS攻击下基于切换T-S模糊系统的无人船艇控制方法

Non-Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALBERTO CASTILLO ETAL.: "Periodic Event-Triggered Dual-rate Control for a Networked Control System", 《2016 SECOND INTERNATIONAL CONFERENCE ON EVENT-BASED CONTROL, COMMUNICATION, AND SIGNAL PROCESSING (EBCCSP)》 *
FENG ZHOU; ZHIWU HUANG; WEIRONG LIU; LIRAN LI; KAI GAO; YAKOV ST: "Periodic Event-Triggered Condition Design for the Consensus of Multiagent Systems with Communication Delays", 《MATHEMATICAL PROBLEMS IN ENGINEERING》 *
HAN YU AND PANOS J. ANTSAKLIS: "Distributed Formation Control of Networked Passive Systems with Event-driven Communication", 《51ST IEEE CONFERENCE ON DECISION AND CONTROL》 *
QI LEI, JIA-HUI LI, GUO-PING LIU AND MIN WU: "External Consensus of Networked Multi-agent Systems with Nonlinear Dynamics and Random Network Delay", 《2017 11TH ASIAN CONTROL CONFERENCE (ASCC)》 *
QI LEI;JIA-HUI LI;GUO-PING LIU;MIN WU: "External Consensus Protocol of Networked Multiagent Systems With Communication Delays Under Event-Triggered Mechanisms", 《IEEE ACCESS》 *
YONGHUI WU, ZHUPING WANG, HAO ZHANG , CHAO HUANG: "Output-based event-triggered consensus of general linear multi-agent systems with communication delay under directed graphs", 《JOURNAL OF THE FRANKLIN INSTITUTE》 *
ZIWEI YAN;LIANG HAN;XIAODUO LI;XIWANG DONG;QINGDONG LI;ZHANG REN: "Event-Triggered Time-Varying Formation Control for Discrete-Time Multi-Agent Systems with Communication Delays", 《2020 CHINESE AUTOMATION CONGRESS (CAC)》 *
何逻辑等: "通信时滞下事件驱动多智能体系统环形编队控制", 《计算机应用研究》 *
张潇: "具有通信时滞的多无人飞行器系统编队控制研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》 *
李志鹏: "通讯时延下多智能体系统编队跟踪及包容控制研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑》 *
黄红伟: "基于事件触发机制的多智能体系统一致性问题研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士)信息科技辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113486577A (zh) * 2021-06-28 2021-10-08 金陵科技学院 一种基于混合分布估计算法的地理大数据传输方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113031644B (zh) 2022-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Adaptive synchronization of multi-agent systems with resilience to communication link faults
Yang et al. Synchronization of discrete-time neural networks with delays and Markov jump topologies based on tracker information
Yoo Distributed consensus tracking for multiple uncertain nonlinear strict-feedback systems under a directed graph
CN112884136B (zh) 耦合神经网络有界聚类投影同步调节控制方法及系统
Liu et al. Quasi-synchronization of heterogeneous networks with a generalized Markovian topology and event-triggered communication
CN112631335B (zh) 一种基于事件触发的多四旋翼无人机固定时间编队方法
Ma et al. Exponential synchronization of nonlinear multi‐agent systems with time delays and impulsive disturbances
Shi et al. Intermittent output tracking control of heterogeneous multi-agent systems over wide-area clustered communication networks
CN111523648B (zh) 含有聚类拓扑耦合的神经网络脉冲同步方法及系统
Wu et al. Multi-group formation tracking control via impulsive strategy
CN114237041A (zh) 一种基于预设性能的空-地协同固定时间容错控制方法
CN113031644B (zh) 一种面向通信时滞的飞行器编队控制系统事件触发方法、装置及介质
Wang et al. On leaderless consensus of fractional-order nonlinear multi-agent systems via event-triggered control
Huang et al. Cluster-delay consensus for second-order nonlinear multi-agent systems
CN114995498A (zh) 一种针对传输时滞的多智能体协同控制方法和装置
Liu et al. Event-based consensus control of multi-agent systems by L∞ theory
CN116679753B (zh) 一种异构无人系统抗欺骗攻击的编队跟踪控制方法
Ni et al. Predefined-time consensus tracking of high-order multiagent system with deception attack
CN116794987A (zh) 基于事件触发控制的异构多智能体系统一致性控制方法
Seyboth et al. Synchronized model matching: a novel approach to cooperative control of nonlinear multi-agent systems
CN113848701B (zh) 不确定性有向网络的分布式平均跟踪方法
Yuan et al. Adaptive neural network control of non‐affine multi‐agent systems with actuator fault and input saturation
Karimi Robust adaptive H∞ synchronization of master-slave systems with discrete and distributed time-varying delays and nonlinear perturbations
Li et al. Synchronization of network systems subject to nonlinear dynamics and actuators saturation
Chen et al. Distributed fixed-time control under directed graph using input shaping

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant