一种三维空间中多智能体系统的定位及环绕控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三维空间中多智能体系统的定位及环绕控制方法，首先建立了对未知目标的估计器，结合估计器的平面收敛性，对目标未知位置进行定位；其次，设计分布式控制器和协调器，结合多智能体间有通信及无通信两种情况，建立了三种环绕算法，实现智能体系统对于未知目标的不同类的环绕。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能体控制
，更为具体地讲，涉及一种三维空间中多智能体系统的定位及环绕控制方法。
技术介绍
多智能体系统的定位及环绕(包围)，是指通过对目标的探测和智能体个体间的信息交互，设计控制协议，使得多智能体系统接近目标并按照预定的包围结构对目标形成包围。分布式包围控制在工程领域具有重要的应用背景，包括：利用机器人的侦查问题；联合救助或保护问题；资源定位问题；复杂和危险环境的监测和预警工作等。早期关于多智能体系统的包围控制算法，通常假设可以获得目标的全部位置信息，然而，获得全部位置信息需要的成本较高。因而，近期很多学者针对不完备的位置信息情况下的包围控制展开了研究，建立了基于相对距离的包围控制算法。但是，在实际的工程应用中，很多情况下无法获得相对距离信息，因而，基于方位角信息的包围控制算法更具有重要意义。本专利技术就是在这样一种背景下开展的。尽管，目前已经存在一些基于方位角信息的包围控制算法的结果，然而大多数是针对二维环境展开的，而在三维空间中研究包围控制问题具有重要的应用价值，并且二维空间中的结果可以作为三维相关结果的特例。此外，大多数现有成果研究的是单一智能体的环绕问题或是特殊结构的环绕问题。然而，研究多个智能体对目标的环绕更有意义，因为多体合作可以实现单一个体无法实现的任务。另外，由于编队问题可以看为一致性问题的延伸，所以一致环绕问题更值得研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三维空间中多智能体系统的定位及环绕控制方法，通过建立估计器并借助于估计器对目标未知位置进行定位，再通过设计分布式控制器和协调器，实现智能体系统对于未知目标的几类不同的环绕。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种三维空间中多智能体系统的定位及环绕控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立估计器并利用对目标位置进行定位；(1.1)、估计器其中，表示一阶导，τij(t),j＝1,2,3表示智能体体坐标系的三个坐标轴上的单位矢量，由智能体与目标之间的方位角和环绕轨道的法向量决定，上角标T表示转置；xi(t)表示第i个智能体的位置；(1.2)、判断估计器是否收敛，如果收敛进入步骤(1.3)，如果不收敛则进入步骤(1.2)；(1.3)、以环绕轨道的法向量为基准，将智能体与目标间的方位角作为的输入信号，利用对三维空间中多智能体系统中的目标位置进行定位；(2)、建立控制器，使智能体完成对目标的环绕；其中，||*||表示欧式范数，ρi表示第i个智能体环绕目标的期望半径，vi表示第i个智能体环绕目标的期望速度，表示第i个智能体的协调器，ni表示第i个智能体对目标的环绕轨道法向量；(3)、根据多智能体间的信息交互情况，建立协调器，使多智能体系统按照一定的协调关系对目标进行环绕控制；(3.1)、当多智能体间有信息交互时，利用多智能体对目标进行一致环绕；建立协调器以智能体与目标之间的方位角作为的输入信号，当满足vi/ρi＝vj/ρj≠0和时，多智能体系统实现对目标的一致环绕；其中，kψ、μ为可设计的参数，是由符号函数sgn构造的函数，即ψi(t)表示第i个智能体与目标之间的方位角，n表示多智能体个数；(3.2)、当多智能体间无信息交互时，利用多智能体对目标进行均匀环绕或一致环绕；(a)、当每个智能体间为完全探测时，利用多智能体对目标进行均匀环绕或一致环绕；均匀环绕时，建立协调器以相邻智能体相对目标形成的夹角作为的输入信号，当满足vi＝v≠0及时，多智能体系统实现对目标均匀环绕；其中，为可设计的参数，δi(t)表示智能体i和智能体i+1相对目标形成的夹角，v和ρ表示每个智能体环绕目标的期望速度和期望半径，且均相同；一致环绕时，建立协调器以相邻智能体相对目标形成的夹角作为的输入信号，当满足vi＝v≠0及时，多智能体系统实现对目标一致环绕；其中，为可设计的参数；(b)、当每个智能体间的探测关系满足生成树时，将多智能体系统按照生成树分成多个组，再利用每组多智能体对目标进行一致环绕；建立协调器以相邻智能体相对目标形成的夹角作为的输入信号，当满足vi＝vl≠0,i∈{i|xi∈L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维空间中多智能体系统的定位及环绕控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立估计器并利用对目标位置进行定位；(1.1)、估计器r^·i(t)=[τi2(t)τi2T(t)+τi3(t)τi3T(t)][xi(t)-r^i(t)]]]>其中，表示一阶导，τij(t),j＝1,2,3表示智能体体坐标系的三个坐标轴上的单位矢量，由智能体与目标之间的方位角和环绕轨道的法向量决定，上角标T表示转置；xi(t)表示第i个智能体的位置；(1.2)、判断估计器是否收敛，如果收敛进入步骤(1.3)，如果不收敛则进入步骤(1.2)；(1.3)、以环绕轨道的法向量为基准，将智能体与目标间的方位角作为的输入信号，利用对三维空间中多智能体系统中的目标位置进行定位；(2)、建立控制器，使智能体完成对目标的环绕；x·i(t)=[||xi(t)-r^i(t)||-ρi]τi1(t)+[vi-v‾i(t)]τi2(t)+[τi1T(t)ni]τi3(t)]]>其中，||*||表示欧式范数，ρi表示第第i个智能体环绕目标的期望半径，vi表示第i个智能体环绕目标的期望速度，表示第i个智能体的协调器，ni表示第i个智能体对目标的环绕轨道法向量；(3)、根据多智能体间的信息交互情况，建立协调器，使多智能体系统按照一定的协调关系对目标进行环绕控制；(3.1)、当多智能体间有信息交互时，利用多智能体对目标进行一致环绕；建立协调器v‾i(t)=kψρiΣj∈Nisig[ψj(t)-ψi(t)]μ]]>以智能体与目标之间的方位角作为的输入信号，当满足vi/ρi＝vj/ρj≠0和kψ＜vi/[(n‑1)(2π)μρi]时，多智能体系统实现对目标的一致环绕；其中，kψ、μ为可设计的参数，是由符号函数sgn构造的函数，即ψi(t)表示第i个智能体与目标之间的方位角，n表示多智能体个数；(3.2)、当多智能体间无信息交互时，利用多智能体对目标进行均匀环绕或一致环绕；(a)、当每个智能体间为完全探测时，利用多智能体对目标进行均匀环绕或一致环绕；均匀环绕时，建立协调器v‾i(t)=kδ+ρ[δi(t)-δi-1(t)]]]>以相邻智能体相对目标形成的夹角作为的输入信号，当满足vi＝v≠0及时，多智能体系统实现对目标均匀环绕；其中，为可设计的参数，δi(t)表示智能体i和智能体i+1相对目标形成的夹角，v和ρ表示每个智能体环绕目标的期望速度和期望半，且均相同；一致环绕时，建立协调器v‾i(t)=kδ-ρ[δi-1(t)-δi(t)]]]>以相邻智能体相对目标形成的夹角作为的输入信号，当满足vi＝v≠0及时，多智能体系统实现对目标一致环绕；其中，为可设计的参数；(b)、当每个智能体间的探测关系满足生成树时，将多智能体系统按照生成树分成多个组，再利用每组多智能体对目标进行一致环绕；建立协调器v‾i(t)=klρlδi(t)]]>以相邻智能体相对目标形成的夹角作为的输入信号，当满足vi＝vl≠0,i∈{i|xi∈L}，及kl＜vl/(2πρl)时，按照生成树分成的各组智能体均实现对目标的一致环绕，其中，kl为可设计的参数，l表示按生成树分组的组标号，vl和ρl表示第l组智能体环绕目标的期望速度和期望半径，且均相同。...

【技术特征摘要】
1.一种三维空间中多智能体系统的定位及环绕控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立估计器并利用对目标位置进行定位；(1.1)、估计器r^·i(t)=[τi2(t)τi2T(t)+τi3(t)τi3T(t)][xi(t)-r^i(t)]]]>其中，表示一阶导，τij(t),j＝1,2,3表示智能体体坐标系的三个坐标轴上的单位矢量，由智能体与目标之间的方位角和环绕轨道的法向量决定，上角标T表示转置；xi(t)表示第i个智能体的位置；(1.2)、判断估计器是否收敛，如果收敛进入步骤(1.3)，如果不收敛则进入步骤(1.2)；(1.3)、以环绕轨道的法向量为基准，将智能体与目标间的方位角作为的输入信号，利用对三维空间中多智能体系统中的目标位置进行定位；(2)、建立控制器，使智能体完成对目标的环绕；x·i(t)=[||xi(t)-r^i(t)||-ρi]τi1(t)+[vi-v‾i(t)]τi2(t)+[τi1T(t)ni]τi3(t)]]>其中，||*||表示欧式范数，ρi表示第第i个智能体环绕目标的期望半径，vi表示第i个智能体环绕目标的期望速度，表示第i个智能体的协调器，ni表示第i个智能体对目标的环绕轨道法向量；(3)、根据多智能体间的信息交互情况，建立协调器，使多智能体系统按照一定的协调关系对目标进行环绕控制；(3.1)、当多智能体间有信息交互时，利用多智能体对目标进行一致环绕；建立协调器v‾i(t)=kψρiΣj&E...

【专利技术属性】
技术研发人员：史莹晶，李瑞，鲍一民，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51