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.