[發明專利]基于云計算的主從式多智能體預測控制系統及方法

在審

• 申請號: 202011555102.1
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112650251A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 路平立;駱文城;杜長坤;劉海闊
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05D1/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

1.一種基于云計算的主從式多智能體預測控制系統，其特征在于，包括：數據緩沖器模塊、云預測控制器模塊、時延補償器模塊和云預測輸出發生器模塊；其中，

所述數據緩沖器模塊，設置在各智能體系統的傳感器中，用于將傳感時序數據序列及其時間戳打包發往智能體i對應的云預測控制器模塊，其中，i為智能體的編號，y_i(k)為當前時刻k采集到的數據，y_i(k-1)為當前時刻k的前一時刻采集到的數據，為當前時刻k的前時刻采集到的數據，為智能體i在反向通道隨機網絡時延的上界；

所述云預測控制器模塊，設置在云端，包括主智能體云預測控制器和從智能體云預測控制器；所述主智能體云預測控制器基于系統參考信號以及主智能體的數據緩沖器模塊發來的數據序列和時間戳，計算主智能體的預測控制序列并將所述主智能體的預測控制序列與其時間戳打包發送至相應的時延補償器模塊，其中，u₁(k)為當前時刻k主智能體的控制信號，表示基于當前時刻k主智能體的控制信號預測得到的當前時刻k的下一時刻主智能體的控制信號，表示基于當前時刻k主智能體的控制信號預測得到的當前時刻k之后時刻的主智能體的控制信號，為主智能體前向通道隨機網絡時延的上界；所述從智能體云預測控制器基于主智能體的預測輸出序列從智能體的數據緩沖器模塊發來的數據序列和時間戳以及來自其余各從智能體的預測輸出量計算從智能體的預測控制序列并將所述從智能體的預測控制序列與其時間戳打包發送至相應的時延補償器模塊，其中，u_i(k)為當前時刻k從智能體i的控制信號，表示基于當前時刻k從智能體i的控制信號預測得到的當前時刻k的下一時刻從智能體i的控制信號，表示基于當前時刻k從智能體i的控制信號預測得到的當前時刻k之后時刻的從智能體i的控制信號，為從智能體i前向通道隨機網絡時延的上界，為主智能體當前時刻k的反向通道隨機網絡時延，為智能體j當前時刻k的反向通道隨機網絡時延；

所述時延補償器模塊，設置在各智能體系統的執行器中，用于在每個采樣時刻，基于接收到的相應的云預測控制器最新的預測控制序列根據時間戳從所述預測控制序列中選擇當前時刻應施加于智能體i上的控制信號；

所述云預測輸出發生器模塊，設置在云端，用于在每個采樣時刻，計算主智能體在當前時刻k到時刻的預測輸出序列，并在每個采樣時刻，將所述預測輸出序列發往各從云預測控制器；其中，

2.根據權利要求1所述的基于云計算的主從式多智能體預測控制系統，其特征在于，所述云預測控制器模塊根據預測k+α時刻智能體i的控制信號其中，A_i、B_i和C_i根據智能體i的運動模型確定，x_i(k)、u_i(k)和y_i(k)分別為智能體i的系統狀態、控制輸入和系統輸出。

3.根據權利要求2所述的基于云計算的主從式多智能體預測控制系統，其特征在于，所述云預測輸出發生器模塊在時，根據預測主智能體的輸出序列，其中，

4.根據權利要求1所述的基于云計算的主從式多智能體預測控制系統，其特征在于，所述主從式多智能體系統預測控制系統將通信網絡產生的隨機網絡誘導時延、數據包丟失與亂序統一處理為隨機網絡時延。

5.根據權利要求1所述的基于云計算的主從式多智能體預測控制系統，其特征在于，各所述智能體系統的傳感器、控制器和執行器均為時間驅動，且時鐘同步。

6.根據權利要求1所述的基于云計算的主從式多智能體預測控制系統，其特征在于，所述云預測控制器模塊和所述云預測輸出發生器模塊設置于不同的云節點中。

7.根據權利要求6所述的基于云計算的主從式多智能體預測控制系統，其特征在于，不同智能體對應的云預測控制器模塊設置于不同的云節點中。

8.一種基于云計算的主從式多智能體系統的預測控制方法，其特征在于，應用于權利要求1-7任一項所述的基于云計算的主從式多智能體預測控制系統，所述方法包括：

數據緩沖器模塊向云預測控制器模塊發送傳感器采集到的時序數據序列以及所述時序數據序列的時間戳；

云預測控制器模塊基于系統參考信號以及主智能體數據緩沖器模塊發來的時序數據序列和時間戳，計算主智能體的預測控制序列；基于主智能體的預測輸出序列、從智能體數據緩沖器模塊發來的時序數據序列和時間戳以及來自其余各從智能體的預測輸出量，計算從智能體的預測控制序列；并將預測控制序列發送至對應的時延補償器模塊；

時延補償器模塊基于接收到的相應的云預測控制器最新的預測控制序列，根據時間戳從所述預測控制序列中選擇當前時刻應施加于智能體上的控制信號；

云預測輸出發生器模塊在每個采樣時刻，計算主智能體在當前時刻k到時刻的預測輸出序列，并在每個采樣時刻，將所述預測輸出序列發往各從云預測控制器。