多移动机器人固定时间编队控制

摘要: 为了减少初始位置对编队系统收敛时间的影响，本文提出了一种多移动机器人系统的固定时间编队控制方法。该方法依据领航−跟随法，将n个机器人的编队控制问题转化为n−1对跟随者与其指定领航者之间的跟踪控制问题。在领航−跟随结构模型下，设计了基于反步法的固定时间控制器使跟随机器人与领航机器人保持固定的距离与角度。基于李雅普诺夫稳定性理论，对编队控制系统的稳定性进行了分析。仿真和实验结果验证了本文方法的有效性。

• 关键词: 
• 编队控制  /  
• 固定时间控制  /  
• 领航−跟随  /  
• 反步法  /  
• 稳定性分析  /  
• 移动机器人  /  
• 运动学模型  /  
• 图论  

当面对高并行性和高实时性的任务时,多机器人能更好地克服单个机器人的功能缺陷和执行效率低的不足,多机器人系统编队问题因其广泛的潜在应用价值引起了学者们的广泛关注。编队控制是一个典型的多机器人协调问题[1]，基于行为的方法[2]控制精度较低，基于人工势场的方法[3]容易陷入局部最小陷阱中，基于虚拟结构的方法[4]通过图论理论把多机器人系统视为刚体，因此任一机器人出现故障都会导致编队失败。由于领航−跟随方法[5-6]容易实现，目前得到了比较广泛的研究。文献[7]在领航−跟随编队问题中用图论方法来表示机器人之间的通信。文献[8]设计了一种能够以任何平滑的领航者轨迹实现编队跟踪控制方法。文献[9]提出了一种利用模型预测控制(model predictive control)和自适应终端滑模控制(adaptive terminal sliding mode control)技术的轮式移动机器人编队复合控制策略。文献[10]在两个不同的自适应耦合增益基础上设计了一种仅依赖于相对状态信息和智能体自身的