[發(fā)明專利]一種具有連通性保持的多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110147349.4
• 申請日: 2011-06-02
• 公開（公告）號: CN102215260A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發(fā)明（設計）人: 方浩;竇麗華;曹虎;陳杰;劉華罡;孫巍;由佳;賈睿;李路;孫騰;王強
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;高燕燕

1.一種具有連通性保持的多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)同控制方法，適用于采用雙積分連續(xù)時間模型描述的智能體所構成的多智能體系統(tǒng)；其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟一：設計群集控制規(guī)則：

①設任意時刻，多智能體系統(tǒng)被分割為彼此不相連的2個或2個以上的連通子系統(tǒng)，連通子系統(tǒng)為單個智能體或為彼此連通的至少2個智能體組成的集合；其中一個連通子系統(tǒng)定義為領航子系統(tǒng)，其他連通子系統(tǒng)定義為伴隨子系統(tǒng)；從領航子系統(tǒng)中推舉出一個虛擬領航者，從每個伴隨子系統(tǒng)中推舉出一個伴隨者；在虛擬領航者和每個伴隨者之間建立長程連接，所述長程連接采用遠程短時通訊手段；每個連通子系統(tǒng)內部的各智能體之間采用內部連接彼此連通，該內部連接采用近距離持續(xù)通訊手段，其允許的感應信息能力范圍為R；

②設計所述長程連接的勢能函數(shù)和所述內部連接的勢能函數(shù)；

設V_il表示虛擬領航者l與作為伴隨者的智能體i之間的長程連接勢能函數(shù)，V_ij表示連通子系統(tǒng)內智能體i和智能體j之間的內部連接勢能函數(shù)；

V_il的設計滿足如下條件：V_il是||x_il||的函數(shù)，||x_il||為長程連接兩端虛擬領航者l與伴隨者之間的相對距離；當||x_il||為d時，V_il的值最小；當||x_il||趨近0或者無窮大時，V_il的值趨于無窮大；并且考慮，當||x_il||從0向d變化時，V_il的變化率為負；當||x_il||從d向無窮大變化時，V_il的變化率為正；其中，d是預設的智能體系統(tǒng)中彼此連通智能體間的期望距離；

V_ij的設計滿足如下條件：V_ij是||x_ij||的函數(shù)，||x_ij||為內部連接兩端智能體i和智能體j之間的相對距離；當||x_ij||大于R時，V_ij的值為常數(shù)；當||x_ij||趨近于0或R時，V_ij的值趨于無窮；當||x_ij||達到d時，V_ij達到唯一的最小值；并且考慮，當||x_ij||從0向d變化時，V_ij的變化率為負；當||x_ij||從d向R變化時，V_ij的變化率為正；

③結合兩個勢能函數(shù)設計智能體的控制率；

要求所有智能體在保持期望隊形的同時達到一致的速度，則期望智能體i和j之間的相對速度趨近于0，并且期望智能體i和j之間的相對距離趨近于d，則智能體i的控制率u_i設計如下：

其中，表示對“g”求“*”的偏導，N_i(t)是在t時刻與智能體i通過內部連接通信的所有通信鄰居集合；σ_i(t)表示角色選擇因子，當智能體i為伴隨者時，σ_i(t)＝1，當智能體i為非伴隨者時，σ_i(t)＝0；v_i，v_j，v_l分別為智能體i、j和虛擬領航者的實時速度；

步驟二：多智能體系統(tǒng)開始運動后，在任意時刻t，當智能體根據(jù)與其他智能體的彼此連通情況檢測到所在多智能體系統(tǒng)被分割為彼此不相連的2個或2個以上的連通子系統(tǒng)時，根據(jù)預定的推舉策略確定自身所在連通子系統(tǒng)是領航子系統(tǒng)還是伴隨子系統(tǒng)，并通過與連通子系統(tǒng)中其他智能體的通信推舉本連通子系統(tǒng)的領導者，領航子系統(tǒng)中的領導者稱為虛擬領航者，伴隨子系統(tǒng)中的領導者稱為伴隨者，在虛擬領航者與每個伴隨者之間建立長程連接；各智能體根據(jù)自身的角色確定σ_i(t)的值，采用控制率u_i的表達式對自身實時控制；并且，各伴隨者實時監(jiān)測自身與虛擬領航者之間的距離，當伴隨者a與虛擬領航者與之間的距離超過R時，保持伴隨者a與虛擬領航者之間的長程連接，否則，取消伴隨者a與虛擬領航者之間的長程連接，以及虛擬領航者和伴隨者的角色扮演。