【技术实现步骤摘要】
多智能体系统仿射编队中的领导者选取方法
[0001]本专利技术涉及多智能体控制
，具体涉及一种多智能体系统仿射编队中的领导者选取方法。
技术介绍
[0002]近年来，随着通信技术、计算机技术、传感器技术与自动化技术的发展，多智能体系统得到了广泛研究与迅速发展。多智能体系统中，各智能体不再是独立的个体，而是与系统中的其他智能体进行交互与协调，共同完成任务。因此多智能体系统通常能获得比单个智能体更有效、更强大的功能。其优势体现在成本低廉、具有更高的鲁棒性与环境适应性、具有可扩展性、完成任务更为高效等。因此，多智能体系统的协调控制成为广受关注的课题，主要方法可以分为集中式控制方法与分布式控制方法。集中式控制方法依赖于一个控制中心来对各种信息进行统一收集、处理和分配。而在多智能体系统中，由于通信、传感范围有限，各智能体往往只能得到周围邻居的信息。在多智能体系统规模不断增大的将来，集中式方法也将变得困难。多智能体系统的控制更多的是仅依靠相对信息来进行分布式控制。
[0003]多智能体编队控制是多智能体系统研究的重点之一，...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多智能体系统仿射编队中的领导者选取方法，其特征在于，针对由一个以上智能体组成的多智能体系统，分别考虑收敛速度和控制能量进行领导者选取，包括如下步骤：构建仿射编队队形可控性问题的充分必要条件为领导者的位置可以仿射张成d维空间；构建优化收敛速度的领导者选取问题模型并进行优化求解得到领导者集合；具体为：理论分析得到收敛速度的表示，并转化为线性矩阵不等式，建模为混合整数半正定规划问题进行求解；构建优化控制能量的领导者选取问题模型，并进行优化求解得到领导者集合：采用线性二次型调节器LQR相关理论对控制能量进行表示，转化为矩阵不等式，对其中的双线性项进行松弛处理，对逻辑约束进行转化，最终建模为混合整数半正定规划问题进行求解；利用得到的领导者集合进行仿射编队控制，仅控制领导者到达期望位置。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建仿射编队队形可控性问题的充分必要条件为领导者的位置可以仿射张成d维空间，具体为：考虑由n个智能体组成的多智能体系统的d维平面运动，d为正整数，所述多智能体系统的动力学模型为一阶模型，即其中p
i
表示智能体i的位置坐标，表示表示智能体i的速度，u
i
为智能体i的控制输入；称为系统的一个配置，p
*
代表期望队形；R
dn
为dn维实数向量；用无向图来表示智能体之间的通信拓扑，其中点集边集邻接矩阵如果则a
ij
＝0，否则a
ij
＝1；(i,j)∈ε意味着智能体i可以感知到j，测量与智能体j的相对位置；智能体i的所有邻居的集合用表示；将拓扑与配置p组成的为多智能体系统框架；将满足下式的应力值称为平衡应力：∑
(i，j)∈ε
ω
ij
(p
i
‑
p
j
)＝0，i＝1，...，n其中ω
ij
是智能体i和j之间边上的应力值；其矩阵形式为令Ω为应力矩阵，I
d
为d
×
d的单位矩阵，为扩张应力矩阵；则应力矩阵Ω中第i行第j列的元素表示为Ω
ij
：在仿射编队中，控制输入u
i
＝
‑
∑
(i，j)
∈εω
ij
(p
i
‑
p
j
)，i＝1，...，n.则闭环系统形式为：所述多智能体系统稳定的充分必要条件是rαnk(Ω)＝n
‑
d
‑
1且Ω为半正定矩阵，rank
为矩阵的秩，且Ω作为系统框架的应力矩阵，固有的性质为对称且行和为零；对多智能体系统中的一部分智能体施加外部控制输入，若系统稳定，即系统收敛至应力矩阵的零空间得到：将上式重新排列，得到：其中为对扩张应力矩阵分块后只与领导者有关的分块，为对扩张应力矩阵分块后只与跟随者有关的分块，对扩张应力矩阵分块后与领导者和跟随者均有关的分块包括两块和二者关系为仿射编队队形可控性问题的充分必要条件为领导者的位置可以仿射张成d维空间；在多智能体系统稳定的情况下，当且仅当非奇异时，跟随者的位置可以完全由领导者决定；若非奇异，由得则跟随着的位置可以被唯一确定：由于仿射张成d维空间至少需要d+1个点，则仿射编队的系统中领导者数量至少为d+1个。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述理论分析得到收敛速度的表示，并转化为线性矩阵不等式，建模为混合整数半正定规划问题进行求解，具体为：考虑对d+1个领导者施加外部控制输入，外部控制输入形式为经典的负反馈控制，该控制器控制领导者直接运动至期望位置：u
ext
＝
‑
K(p
‑
p
*
)其中u
ext
为对系统施加的外部控制输入；K＝diag(k
i
)为控制增益矩阵，k
i
>0...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆凯，肖凡，赵欣悦，刘奇，李若成，方浩，辛斌，曾宪琳，陈杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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