一种基于节点的群集一致性自适应牵制控制方法

本发明涉及一种牵制二阶群集至一致的期望状态的方法，尤其涉及一种基于节点自适应策略的二阶耦合群集牵制一致性控制方法。

背景技术：

1、群集行为是自然界中普遍存在的神奇却又复杂难解的现象。近年来，对群集行为的研究引起了很多学科的研究人员的关注。学者们期望通过借鉴生物群集的智慧，应用到自己的研究领域内。如果将群集的每个个体视作一个点，将他们之间的信息交互视作连接点与点的边，那么这些个体将构成一个很复杂的网络，网络中的个体只能与部分个体进行局部、有限的通讯来交换彼此的信息。所有个体各自利用有限的信息，彼此协商，调整自身的状态，从而达到共同完成一项复杂任务的目的，这种控制方式具备很好的鲁棒性、灵活性。群集的一致性问题是群集行为的基础，所谓一致性是指群集内所有个体在一定条件下保持状态相同，如速度、角度、位置、温度等。在实际工程应用中，控制群集内的每个点是极度浪费资源的存在，甚至在大规模群集是完全不可行的。鉴于此，牵制控制的思想被提出，即通过直接将控制输入添加到从网络中选择的一部分节点，并利用网络的连通性来达到全局控制的目的。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的在于提出一种基于节点自适应策略的二阶耦合群集牵制一致性控制方法，只需要在至少一个节点上增加控制器，就可以使整个群集内所有节点都达到期望的运动状态，且参数设置不依赖群集内拓扑结构的拉普拉斯矩阵非零特征值。

2、技术方案：

3、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：提出一种基于节点的群集一致性自适应牵制控制策略，包括以下步骤：

4、s1：基于复杂网络模型的拓扑结构，建立二阶耦合群集的数学模型及分布式一致性控制方法；

5、s2：设定群集期望运动状态，选择牵制控制节点，设计牵制控制器；

6、s3：设计二阶耦合群集的数学模型的自适应策略。

7、进一步地，所述数学模型的建立包括以下步骤：

8、s1：一个群集内包含在n维欧氏空间内运动的n个个体；

9、s2：这些个体的耦合均为二阶耦合，即速度耦合与位置耦合同时存在；

10、s3：第i个个体在t时刻的运动规律为：

11、

12、其中，与是个体i的位置项与速度项，aij是从个体j到个体i的非负权重，如果个体j到个体i存在信息传递，则aij＞0，否则aij＝0；邻接矩阵由aij组成；ci为牵制增益，如果节点i为被选择的牵制节点，则ci＞0，否则ci＝0，ui为施加在牵制节点上的控制器；bi(t)、qi(t)为自适应阻尼增益与自适应刚度增益。

13、进一步地，所述的牵制策略包括以下步骤：

14、s1：以度为指标选择牵制节点，选择度最大的个体为牵制节点；

15、s2：设定期望的运动状态：与分别为期望的位置状态与速度状态。

16、s3：式(1)内描述的控制器ui设置为：

17、

18、进一步地，自适应阻尼增益bi(t)与自适应刚度增益qi(t)的自适应律分别为：

19、

20、

21、上两式中，αi，βi＞0为常数。在整个群集运动至期望状态的过程中，自适应阻尼增益bi(t)与自适应刚度增益qi(t)为非减函数，在群集达到期望运动状态前单调递增，在群集达到期望状态后固定不变。

22、有益效果：与现有技术相比，本发明中的提出一种基于节点的群集一致性自适应牵制控制策略，自适应参数为设置在每个节点上的自适应阻尼增益与自适应刚度增益，此自适应策略与现有方法相比不再依赖群集内拓扑结构的laplacian矩阵非零特征值。同时，本发明中利用了牵制控制的思想，只需要在至少一个节点上增加控制器，就可以使整个群集内所有节点都达到期望的运动状态，极大的节约了控制成本。

技术特征：

1.本方法将提出一种基于节点的群集一致性自适应牵制控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于节点的群集一致性自适应牵制控制方法，其特征在于：所述数学模型的建立包括以下步骤

3.根据权利要求1所述的一种基于节点的群集一致性自适应牵制控制方法，其特征在于：所述的牵制策略包括以下步骤：

4.根据权利要求2所述的一种基于节点的群集一致性自适应牵制控制方法，其特征在于：自适应阻尼增益bi(t)与自适应刚度增益qi(t)的自适应律分别为：

5.根据权利要求4所述的一种基于节点的群集一致性自适应牵制控制方法，其特征在于：在整个群集运动至期望状态的过程中，自适应阻尼增益bi(t)与自适应刚度增益qi(t)为非减函数，在群集达到期望运动状态前单调递增，在群集达到期望状态后固定不变。

技术总结
本发明公开了一种基于复杂网络二阶耦合群集自适应牵制一致控制方法，其特征在于，该方法包括：二阶耦合群集达到一致时，群集内个体将具备相同的运动状态。本方法将提出一种给基于节点的自适应控制策略，即每个节点的阻尼增益与刚度增益为根据此节点与所有邻居节点运动状态间的误差总量自适应变化的，同时，仅在个别节点施加自适应牵制控制器。本方法可以不依赖网络拓扑结构设定一致性控制参数，能够高效的控制群集达到期望的运动状态。

技术研发人员：卢新彪,李亦秦,周军,陈艺森,陈钰丹,吴文
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15