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无人机编队控制是数学建模大赛中的经典问题,尤其适合用MATLAB进行算法验证。本文针对固定拓扑结构的二阶多智能体系统,重点解决鲁棒固定时间一致性跟踪难题。
在模型设计中需要考虑两个核心层面:首先是动力学建模,采用二阶系统描述无人机的位置和速度状态;其次是通信拓扑,固定拓扑意味着编队成员间的信息交互关系始终保持不变。这种设定既符合实际比赛中对问题简化要求,又保留足够的学术研究价值。
关键技术亮点在于融合了滑模控制与Lyapunov稳定性理论:滑模控制能有效处理系统存在的不确定性和外界干扰,保证编队控制的鲁棒性;而通过构造合适的Lyapunov函数,可以严格证明系统能在固定时间内达到一致性跟踪。相比传统渐近收敛方法,固定时间收敛特性更能满足数学建模竞赛对算法性能的严苛要求。
该模型特别适合初学者掌握三个关键技能:多智能体系统的基本建模方法、MATLAB矩阵运算的编程技巧,以及控制理论在实际问题中的应用转换。在竞赛应用中,可通过调整拓扑权重矩阵来模拟不同编队形态,例如直线、三角形或菱形等典型队形。