非完整约束多智能体系统基于屏障控制函数的分布式协同控制

本文设计了一种基于屏障控制函数(CBF)的分布式协同控制算法, 实现了领航–跟随者框架下非完整约束 多智能体系统的连通性与编队控制. 首先, 通过将连通性保持问题建模为系统约束, 定义了该约束的调零屏障函 数(ZBF). 其次, 在此基础上, 构建李雅普诺夫函数与角速度输入之间的关系, 对跟随者智能体设计了基于调零屏障 函数的协同控制算法, 其中线速度控制器保证跟随者的速度的跟踪与队形的跟踪, 而梯度型角速度控制器实现跟随 者角度的矫正. 然后, 利用调零屏障函数不变集相关引理证明了连通性约束集为正不变集, 若初始时刻连通, 则跟随 者智能体始终与领航者保持连通性. 同时, 本文提出的算法实现编队误差的渐近收敛. 本文中的队形适用常见的固 定队形编队需求, 也适用于领航者是动态(有线速度和角速度)的情况. 最后, 通过数值仿真进一步验证了该算法在 不同队形需求下的有效性.