一种多智能体编队控制方法及系统技术方案

技术编号:20430582 阅读:33 留言:0更新日期:2019-02-23 10:37
本发明专利技术公开了一种多智能体编队控制方法及系统。所述控制方法包括:获取多个智能体并将一个所述智能体作为一个通信节点;根据所述通信节点建立通信拓扑关系;根据所述通信拓扑关系确定事件触发协议;根据所述事件触发协议确定当前通信节点相邻的通信节点的邻居自身状态信息;所述邻居自身状态信息包括位置以及速度等;获取所述当前通信节点的第一自身状态信息;根据所述第一自身状态信息以及所述邻居自身状态信息确定当前通信节点的自身控制输入量;根据所述的控制输入量实现所述多个智能体的编队。采用本发明专利技术所提供的控制方法及系统能够降低实际系统的通信量,降低发生通信阻塞和丢包的风险,提高实用性。

A Multi-Agent Formation Control Method and System

The invention discloses a multi-agent formation control method and system. The control method includes: acquiring multiple agents and treating one agent as a communication node; establishing a communication topology relationship according to the communication node; determining an event triggering protocol according to the communication topology relationship; determining the neighbor's own state information of the current communication node's adjacent communication node according to the event triggering protocol; and the neighbor's own state information packet. It includes position and speed, obtaining the first self-state information of the current communication node, determining the self-control input of the current communication node based on the first self-state information and the neighbor's own state information, and realizing the formation of the multi-agent according to the control input. The control method and system provided by the invention can reduce the communication traffic of the actual system, reduce the risk of communication blockage and packet loss, and improve practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种多智能体编队控制方法及系统
本专利技术涉及多智能体编队控制领域,特别是涉及一种多智能体编队控制方法及系统。
技术介绍
多智能体编队控制是当前多智能体系统研究的热点问题,指多个智能体组成的团队在向特定目标或方向运动的过程中,相互之间保持预定的几何形态。多智能体编队控制在军事、航天、工业等各个领域具有广泛的应用,如实现移动机器人、无人机、潜艇、卫星、航天飞行器等运动载体的编队控制等。在军事领域中,多移动机器人采用合理的编队可以代替士兵执行恶劣、危险环境下诸如侦察、搜寻、排雷、巡逻等军事任务。以侦察任务为例,单个机器人获取环境信息的能力通常有限,但如果多个机器人保持合理的队形,分工获取周围的环境信息,就有可能迅速准确地感知群体所在区域的环境信息,使群体的资源利用率比成员随机分布时更高。在航天领域,卫星编队不但可大大降低系统成本,提高系统的可靠性和生存能力,而且可扩展和超越传统单个卫星的功能,完成许多单个航天器不可能完成的任务。在工业生产中,例如多机器人系统搬运大型物体时,对机器人的位置存在一定要求,以满足搬运过程中的稳定和负载平衡。多智能体编队控制已有多种成熟的控制方法,与基于领导者-跟随者、基于行为以及基于虚拟结构的方法相比,基于一致性的编队控制方法具有更好的鲁棒性和扩展性,并且易于设计,因此当前受到国内外研究人员的广泛关注,并取得了一些应用。在该方法中,智能体通过于邻居智能体的通信,获取其它智能体的状态信息,然后通过这些信息生成自身的控制指令,从而使得多智能体系统最后形成编队。但在对该方法的一般研究中,通常认为多智能体之间的通信是连续不断的,这在实际应用会受到很大的限制。首先,实际系统通过相关传感器采样才能获取自身的状态值,例如通过惯性测量单元、GPS等获取运动体的姿态、速度、位置等信息,而传感器都以一定的频率进行采样处理,所以实际系统一般只能获得有一定时间间隔的状态值,而不是连续任意时刻的状态值。另外,实际的通信设备受制于通信带宽,单位时间内发送的数据量是有上限值的,所以要求通信次数越少越好,否则容易造成通信阻塞或丢包,导致系统崩溃。因此当前基于一致性的编队控制方法存在无法连续通信的情况下,通信量大的问题,并不能很好的适用于实际系统,实用性低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多智能体编队控制方法及系统,以解决现有的一致性的编队控制方法实用性低的问题。为实现上述目的,本专利技术提供了如下方案:一种多智能体编队控制方法,包括:获取多个智能体并将一个所述智能体作为一个通信节点;所述智能体包括机器人、无人机、潜艇、卫星以及航天飞行器;所述多个智能体为离散的智能体;根据所述通信节点建立通信拓扑关系;根据所述通信拓扑关系确定事件触发协议;根据所述事件触发协议确定当前通信节点相邻的通信节点的邻居自身状态信息;所述邻居自身状态信息包括位置以及速度;获取所述当前通信节点的第一自身状态信息;根据所述第一自身状态信息以及所述邻居自身状态信息确定所述多个智能体的编队。可选的,所述根据所述通信拓扑关系确定事件触发协议具体包括:确定所述通信节点之间的权重矩阵;根据所述权重矩阵确定入度矩阵;根据所述权重矩阵以及所述入度矩阵确定拉普拉斯矩阵;获取所述拉普拉斯矩阵的特征值;根据所述特征值确定事件触发协议。可选的,所述根据所述事件触发协议确定当前通信节点相邻的通信节点的邻居自身状态信息,具体包括:判断所述事件触发协议是否大于0,得到第一判断结果;若所述第一判断结果表示为所述事件触发协议大于0,向所述当前通信节点相邻的通信节点发出触发信号,并接收所述当前通信节点相邻的通信节点广播的第二自身状态信息;所述第二自身状态信息即为邻居自身状态信息。可选的,所述根据所述第一自身状态信息以及所述邻居自身状态信息确定所述多个智能体的编队,具体包括:根据公式确定所述多个智能体的编队;其中,ui(tk)为所述多个智能体的编队;Ni为第i个智能体的邻居集合,即为与第i个通信节点进行通信的通信节点集合;xi(tk)为所述通信节点的自身状态信息;hi(tk)为第i个通信节点的编队,i≥0,通信节点j为通信节点节点i的邻居;yj(tk)为第i个通信节点对相邻的第j个通信节点的状态估计变量;hj(tk)为第j个通信节点的编队,j≥0;c为常数,vi(tk)为第i个智能体的编队补偿项;K为控制器的增益。一种多智能体编队控制系统,包括:多个智能体获取模块,用于获取多个智能体并将一个所述智能体作为一个通信节点;所述智能体包括机器人、无人机、潜艇、卫星以及航天飞行器;所述多个智能体为离散的智能体;通信拓扑关系建立模块,用于根据所述通信节点建立通信拓扑关系;事件触发协议确定模块,用于根据所述通信拓扑关系确定事件触发协议;邻居自身状态信息确定模块,用于根据所述事件触发协议确定当前通信节点相邻的通信节点的邻居自身状态信息;所述邻居自身状态信息包括位置以及速度;第一自身状态信息获取模块,用于获取所述当前通信节点的第一自身状态信息;编队确定模块,用于根据所述第一自身状态信息以及所述邻居自身状态信息确定所述多个智能体的编队。可选的,所述事件触发协议确定模块具体包括:权重矩阵确定单元,用于确定所述通信节点之间的权重矩阵;入度矩阵确定单元,用于根据所述权重矩阵确定入度矩阵;拉普拉斯矩阵确定单元,用于根据所述权重矩阵以及所述入度矩阵确定拉普拉斯矩阵;特征值获取单元,用于获取所述拉普拉斯矩阵的特征值;事件触发协议确定单元,用于根据所述特征值确定事件触发协议。可选的,所述邻居自身状态信息确定模块具体包括:第一判断单元,用于判断所述事件触发协议是否大于0,得到第一判断结果;自身状态信息确定单元,用于若所述第一判断结果表示为所述事件触发协议大于0,向所述当前通信节点相邻的通信节点发出触发信号,并接收所述当前通信节点相邻的通信节点广播的第二自身状态信息;所述第二自身状态信息即为邻居自身状态信息。可选的,所述编队确定模块具体包括:编队确定单元,用于根据公式确定所述多个智能体的编队;其中,ui(tk)为所述多个智能体的编队;Ni为第i个智能体的邻居集合,即为与第i个通信节点进行通信的通信节点集合;xi(tk)为所述通信节点的自身状态信息;hi(tk)为第i个通信节点的编队,i≥0,通信节点j为通信节点节点i的邻居;yj(tk)为第i个通信节点对相邻的第j个通信节点的状态估计变量;hj(tk)为第j个通信节点的编队,j≥0;c为常数,vi(tk)为第i个智能体的编队补偿项;K为控制器的增益。根据本专利技术提供的具体实施例,本专利技术公开了以下技术效果:本专利技术提供了一种多智能体编队控制方法及系统,基于离散采样的编队控制器,一个智能体为一个编队控制器,本专利技术利用离散采样状态信息确定多个智能体的编队,具有实用性高,可用于实际系统的优点;同时,采用事件触发协议确定邻居自身状态信息,使得多智能体系统不需要进行连续通信,从而降低实际系统的通信量,降低发生通信阻塞和丢包的风险。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种多智能体编队控制方法,其特征在于,包括:获取多个智能体并将一个所述智能体作为一个通信节点;所述智能体包括机器人、无人机、潜艇、卫星以及航天飞行器;所述多个智能体为离散的智能体;根据所述通信节点建立通信拓扑关系;根据所述通信拓扑关系确定事件触发协议;根据所述事件触发协议确定当前通信节点相邻的通信节点的邻居自身状态信息;所述邻居自身状态信息包括位置以及速度;获取所述当前通信节点的第一自身状态信息;根据所述第一自身状态信息以及所述邻居自身状态信息确定所述多个智能体的编队。

【技术特征摘要】
1.一种多智能体编队控制方法,其特征在于,包括:获取多个智能体并将一个所述智能体作为一个通信节点;所述智能体包括机器人、无人机、潜艇、卫星以及航天飞行器;所述多个智能体为离散的智能体;根据所述通信节点建立通信拓扑关系;根据所述通信拓扑关系确定事件触发协议;根据所述事件触发协议确定当前通信节点相邻的通信节点的邻居自身状态信息;所述邻居自身状态信息包括位置以及速度;获取所述当前通信节点的第一自身状态信息;根据所述第一自身状态信息以及所述邻居自身状态信息确定所述多个智能体的编队。2.根据权利要求1所述的编队控制方法,其特征在于,所述根据所述通信拓扑关系确定事件触发协议具体包括:确定所述通信节点之间的权重矩阵;根据所述权重矩阵确定入度矩阵;根据所述权重矩阵以及所述入度矩阵确定拉普拉斯矩阵;获取所述拉普拉斯矩阵的特征值;根据所述特征值确定事件触发协议。3.根据权利要求1所述的编队控制方法,其特征在于,所述根据所述事件触发协议确定当前通信节点相邻的通信节点的邻居自身状态信息,具体包括:判断所述事件触发协议是否大于0,得到第一判断结果;若所述第一判断结果表示为所述事件触发协议大于0,向所述当前通信节点相邻的通信节点发出触发信号,并接收所述当前通信节点相邻的通信节点广播的第二自身状态信息;所述第二自身状态信息即为所述邻居自身状态信息。4.根据权利要求1所述的编队控制方法,其特征在于,所述根据所述第一自身状态信息以及所述邻居自身状态信息确定所述多个智能体的编队,具体包括:根据公式确定所述多个智能体的编队;其中,ui(tk)为所述多个智能体的编队;Ni为第i个智能体的邻居集合,即Ni为与第i个通信节点进行通信的通信节点集合;xi(tk)为所述通信节点的自身状态信息;hi(tk)为第i个通信节点的编队,i≥0,通信节点j为通信节点节点i的邻居;yj(tk)为第i个通信节点对相邻的第j个通信节点的状态估计变量;hj(tk)为第j个通信节点的编队,j≥0;c为常数,vi(tk)为第i个智能体的编队补偿项;K为控制器的增益。5.一种多智能体编队控制系统,其特征在于,包括:多个智能体获取模块,用于获取多个智能体并将一个所述智能体...

【专利技术属性】
技术研发人员:任章李晓多董希旺李清东
申请(专利权)人:北京航空航天大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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