一种异质多智能体系统输出一致性教学系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种异质多智能体系统输出一致性教学系统及方法，包括硬件部分和软件部分；硬件部分包括四个智能体、一个LCD显示屏、一个路由器、两个电源、两个操纵杆；软件部分包括电机转速测量部分、智能体通讯部分、操纵杆操纵部分以及电机转速控制部分；本发明专利技术可以在将电机转速控制稳定的基础上，演示四个节点的任意拓扑链接结构下四个电机转速的变化情况，还可以演示切换拓扑链接下的四个电机转速的变化情况，结合简单，实现方便，且清晰、明了、易懂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种异质多智能体系统输出一致性教学系统及方法，属于控制

技术介绍
复杂性科学(complexityscience)是当代科学发展的前沿领域之一，以复杂系统和复杂性为研究对象，揭示和解释复杂系统的运行规律。作为复杂性科学的重要研究问题之一，多智能体系统(multi-agentsystem，MAS)近年来已经成为有关系统和控制领域的一个热点研究问题。由于其重要的研究意义和宽广的工程实践应用价值，受到国内外众多领域的学者和工程师的关注。多智能体系统是一个基于工程实践提出的较新和前沿的概念，涵盖了多种学科和研究领域。而基于多智能体系统衍生的协调控制则是自动控制领域的新生力量，其能以最优方案解决分布式控制问题。但是目前还没有一套设备验证并演示异质多智能体一致性理论。本专利技术采用嵌入式开发的手段，将多智能体系统一致性协议和协同控制算法融入到以Arduino为载体的电子控制器内，并选用小型电机作为控制对象，以路由器和网络协议实现通讯拓扑，设计了一种异质多智能体系统输出一致性教学系统及方法。Arduino是开源电子原型开发平台，其软硬件设计资料全面开放。里面已有的集成块，类似于Java、C语言的开发环境，可以自定义编写和修改，使其具有使用简单、易上手等特点；Arduino使用的是低价微处理器(ATmega8或ATmega128)，可以采用USB接口直接供电，或外接低压直流电源。专利技术内容本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种异质多智能体系统输出一致性教学系统和方法，达到了验证和演示异质多智能体一致性算法的目的，这种教学系统实现方便，可以清晰、明了、易懂的演示异质多智能体一致性算法。本专利技术技术解决方案：一种异质多智能体系统输出一致性教学系统，其特征在于包括硬件部分和软件部分；硬件部分包括四个智能体、一个LCD显示屏、一个路由器、两个电源、两个操纵杆；软件部分包括电机转速控制模块、电机转速测量模块以及智能体之间通讯模块；硬件部分中，四个ArduinoUNO控制器和四个电机组成四个智能体，作为演示对象，演示四个节点的任意拓扑链接结构及拓扑之间的切换情况包括四个电机的转速变化情况和最终是否根据输出一致性协议达到输出一致；LCD显示屏用来显示四个智能体的转速信息以及一些其他需要显示的信息，包括当前拓扑链接的代号；路由器作为四个智能体相互交换信息的通讯平台，使四个智能体之间相互交换信息；两个电源分别给路由器和四个智能体供电；两个操纵杆给出切换拓扑链接模式的指令；软件部分中，电机转速测量部分采用光电传感器。光电传感器输出脉冲信号，脉冲频率和转速成正比，根据脉冲频率计算得到电机的转速；智能体通讯部分中，每个智能体通过路由器向全地址广播各自的转速信息，且每个智能体都接受邻居智能体发送的信息，根据需要选择采用或忽略某些特定信息；操纵杆给出切换指令，选取不同的拓扑链接模式，并且根据不同的拓扑链接模式达成相应的一致性协议，从而实现不同的定拓扑链接或切换拓扑链接；电机转速控制部分采用了PID控制器，将前向通道的转速信号反馈回来与一致性协议中的期望转速比较，以比较的差值作为误差信号，将这个误差信号输入给PID控制器，在短时间内达到期望输出转速。最终多智能体根据一致性协议达到输出一致。所述四个电机包括三个性质相近的某小型直流电机和一个空心杯电机，电机的控制信号是数字信号，用PWM波进行速度控制；PWM控制开关器件的通断，通过电压反馈调整其占空比，输出幅值相等的脉冲。所述操纵杆由电阻体和可移动的电刷组成，当可移动的电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。所述LCD显示屏采用I2C通讯方式，只有四根连接线，两根信号线，两根电源线，连接非常方便。一种异质多智能体系统输出一致性教学方法，实现步骤如下：步骤1：启动权利要求1所述的教学系统，根据光电传感器输出脉冲信号，脉冲频率和转速成正比，计算得到电机的转速；步骤2：每个智能体得到自己的转速后，将转速信息通过路由器广播给其他智能体；步骤3：每个智能体在得到邻居智能体的转速信息后，根据不同的操纵指令，切换到不同的拓扑链接模式，得到相应的一致性协议，进一步得到自己的期望输出转速；四个智能体，可以演示四个节点的任意拓扑链接结构及拓扑之间的切换情况，包括四个电机的转速变化情况和最终是否根据输出一致性协议达到输出一致；步骤4：每个智能体得到期望输出转速与当前转速的误差，输入给电机转速控制模块，采用PID控制器，将前向通道的转速信号反馈回来与期望值比较，以比较的差值作为误差信号，将这个误差信号输入给PID控制器，在短时间内达到期望输出转速，从而实现不同的定拓扑链接或切换拓扑链接以及最终达到输出一致，验证并演示异质多智能体一致性理论。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术可以在将电机转速控制稳定的基础上，演示四个节点的任意拓扑链接结构下四个电机转速的变化情况，还可以演示切换拓扑链接下的四个电机转速的变化情况，结合简单，实现方便，且清晰、明了、易懂。附图说明图1为本专利技术一种异质多智能体系统输出一致性教学系统结构图；图2为本专利技术一种异质多智能体系统输出一致性教学系统方法实现流程图；图3为全拓扑链接示意图；图4为本专利技术实验结果图；图5为本专利技术软硬件固定拓扑实验对比图；图6为本专利技术系统切换拓扑示意图1；图7为本专利技术系统切换拓扑实验1图；图8为本专利技术系统切换拓扑示意图2；图9为本专利技术系统切换拓扑实验2图。具体实施方式如图1所示，一种异质多智能体系统输出一致性教学系统结构包括四个智能体、一个LCD显示屏、一个路由器、两个电源、两个操纵杆。四个ArduinoUNO控制器和四个电机组成四个智能体，作为演示对象，演示四个节点的任意拓扑链接结构及拓扑之间的切换情况，包括四个电机的转速变化情况和最终是否根据输出一致性协议达到输出一致；LCD显示屏用来显示四个智能体的转速信息以及一些其他需要显示的信息，包括当前拓扑链接的代号；路由器作为四个智能体相互交换信息的通讯平台；两个电源分别给路由器和四个智能体供电；两个操纵杆给出切换拓扑的指令；如图2所示，电机转速测量部分采用光电传感器。光电传感器输出脉冲信号，脉冲频率和转速成正比，根据脉冲频率计算得到电机的转速；智能体之间通讯模块中，每个智能体通过路由器向全地址广播各自的转速信息，且每个智能体都接受邻居智能体发送的信息，根据需要选择采用或忽略某些特定信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异质多智能体系统输出一致性教学系统，其特征在于：包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括四个智能体、一个LCD显示屏、一个路由器、两个电源、两个操纵杆；软件部分包括电机转速测量部分、智能体通讯部分、操纵杆操纵部分以及电机转速控制部分；硬件部分中，四个Arduino UNO控制器和四个电机组成四个智能体，作为演示对象，演示四个节点的任意拓扑链接结构及拓扑之间的切换情况，包括四个电机的转速变化情况和最终是否根据输出一致性协议达到输出一致；LCD显示屏用来显示四个智能体的转速信息以及一些其他需要显示的信息，包括当前拓扑链接的代号；路由器作为四个智能体相互交换信息的通讯平台，使四个智能体之间相互交换信息；两个电源分别给路由器和四个智能体供电；两个操纵杆给出切换拓扑的指令；软件部分中，电机转速测量部分采用光电传感器，光电传感器输出脉冲信号，脉冲频率和转速成正比，根据脉冲频率计算得到电机的转速；智能体通讯部分中，每个智能体通过路由器向全地址广播各自的转速信息，且每个智能体都接受邻居智能体发送的信息，根据需要选择采用或忽略某些特定信息；操纵杆给出切换指令，选取不同的拓扑链接模式，并且根据不同的拓扑链接模式达成相应的一致性协议，从而实现不同的定拓扑链接或切换拓扑链接；电机转速控制部分采用了PID控制器，将前向通道的转速信号反馈回来与一致性协议中的期望转速比较，以比较的差值作为误差信号，将这个误差信号输入给PID控制器，在短时间内达到期望输出转速。最终多智能体根据一致性协议达到输出一致。...

【技术特征摘要】
1.一种异质多智能体系统输出一致性教学系统，其特征在于：包括硬件部分和软
件部分，硬件部分包括四个智能体、一个LCD显示屏、一个路由器、两个电源、两个
操纵杆；软件部分包括电机转速测量部分、智能体通讯部分、操纵杆操纵部分以及电机
转速控制部分；
硬件部分中，四个ArduinoUNO控制器和四个电机组成四个智能体，作为演示对象，演
示四个节点的任意拓扑链接结构及拓扑之间的切换情况，包括四个电机的转速变化情况和最
终是否根据输出一致性协议达到输出一致；LCD显示屏用来显示四个智能体的转速信息以及
一些其他需要显示的信息，包括当前拓扑链接的代号；路由器作为四个智能体相互交换信息
的通讯平台，使四个智能体之间相互交换信息；两个电源分别给路由器和四个智能体供电；
两个操纵杆给出切换拓扑的指令；
软件部分中，电机转速测量部分采用光电传感器，光电传感器输出脉冲信号，脉冲频率
和转速成正比，根据脉冲频率计算得到电机的转速；智能体通讯部分中，每个智能体通过路
由器向全地址广播各自的转速信息，且每个智能体都接受邻居智能体发送的信息，根据需要
选择采用或忽略某些特定信息；操纵杆给出切换指令，选取不同的拓扑链接模式，并且根据
不同的拓扑链接模式达成相应的一致性协议，从而实现不同的定拓扑链接或切换拓扑链接；
电机转速控制部分采用了PID控制器，将前向通道的转速信号反馈回来与一致性协议中的期
望转速比较，以比较的差值作为误差信号，将这个误差信号输入给PID控制器，在短时间内
达到期望输出转速。最终多智能体根据一致性协议达到输出一致。
2.根据权利要求1所述的异质多智能体系统输出一致性...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓锋，张东旭，安斯奇，袁野，薛乃瑜，孙旭，凌煌，
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