[發(fā)明專利]時(shí)序邏輯任務(wù)的多無(wú)人車系統(tǒng)的路徑規(guī)劃與編隊(duì)控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111635287.1
• 申請(qǐng)日: 2021-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN115047861A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陽(yáng)逸瀟;鄒媛媛;李少遠(yuǎn);方浩;李賢偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;張琳

本發(fā)明提供一種時(shí)序邏輯任務(wù)的多無(wú)人車系統(tǒng)的路徑規(guī)劃與編隊(duì)控制方法，包括：建立多無(wú)人車系統(tǒng)的信號(hào)時(shí)序邏輯(STL)任務(wù)規(guī)范框架；根據(jù)所述任務(wù)規(guī)范框架構(gòu)造所述STL對(duì)應(yīng)的控制障礙函數(shù)(CBF)；在所述CBF的約束下求解多無(wú)人車系統(tǒng)的輸入控制律；在所述輸入控制律下完成多無(wú)人車系統(tǒng)的路徑規(guī)劃與編隊(duì)任務(wù)；循環(huán)檢測(cè)任務(wù)完成度。本發(fā)明利用CBF約束實(shí)時(shí)求解多無(wú)人車系統(tǒng)的輸入控制律，求解速度快，適用于動(dòng)態(tài)求解輸入控制律，且在輸入限制下總有合適的解，由于CBF的魯棒性設(shè)計(jì)，能夠保證避障、避碰任務(wù)的完成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多無(wú)人系統(tǒng)的協(xié)同任務(wù)路徑規(guī)劃與編隊(duì)控制技術(shù)，具體地，涉及一種時(shí)序邏輯任務(wù)下的多無(wú)人車系統(tǒng)的路徑規(guī)劃與編隊(duì)控制方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，多無(wú)人系統(tǒng)受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。多無(wú)人系統(tǒng)由多個(gè)智能體組成，且每個(gè)智能體能夠通過(guò)與相鄰的智能體間進(jìn)行信息交互以及協(xié)同合作來(lái)完成一些特定的任務(wù)。多無(wú)人系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分廣闊，可用于移動(dòng)機(jī)器人、船舶、飛行器、航天器、物流、醫(yī)療和制造等各類領(lǐng)域，執(zhí)行如分散式任務(wù)分配、救援任務(wù)、區(qū)域巡邏、空間定位、地圖繪制和生物制造等任務(wù)。隨著無(wú)人系統(tǒng)在物流、醫(yī)療和工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域的快速增加，其執(zhí)行的任務(wù)復(fù)雜度也越來(lái)越高，需要更加嚴(yán)謹(jǐn)和高效的時(shí)序邏輯控制方法。為解決如周期性任務(wù)、請(qǐng)求-響應(yīng)任務(wù)、時(shí)間限制任務(wù)等時(shí)序邏輯任務(wù)，需引進(jìn)形式化的時(shí)序邏輯任務(wù)。

然而，對(duì)于多無(wú)人系統(tǒng)的控制問(wèn)題研究存在著許多問(wèn)題，尤其是在面臨復(fù)雜的時(shí)間與空間的雙重約束，即時(shí)序邏輯約束時(shí)，要同時(shí)滿足編隊(duì)、到達(dá)、避障、避碰等任務(wù)的完成度和穩(wěn)定性對(duì)傳統(tǒng)的控制方法來(lái)說(shuō)依然是一個(gè)比較困難的問(wèn)題。對(duì)于多無(wú)人系統(tǒng)而言，當(dāng)智能體之間存在任務(wù)耦合時(shí)，多無(wú)人系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)作時(shí)的安全問(wèn)題顯得至關(guān)重要。

多無(wú)人系統(tǒng)協(xié)作控制指管理智能體以協(xié)同實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)，是解決復(fù)雜問(wèn)題的一種有效方法，其目標(biāo)任務(wù)可能在如位置、姿態(tài)等方面具有空間約束，也可能帶有如周期、順序、時(shí)間限制等時(shí)序邏輯約束，系統(tǒng)將目標(biāo)任務(wù)分配給智能體，每個(gè)智能體使用多個(gè)輸入(如子任務(wù)、操作歷史、與相鄰智能體的信息交互等)來(lái)達(dá)到控制目標(biāo)，同時(shí)每個(gè)智能體執(zhí)行的操作都會(huì)影響環(huán)境，進(jìn)而影響其他智能體的決策，綜合考慮多種因素，形成最優(yōu)控制輸出。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種時(shí)序邏輯任務(wù)的多無(wú)人車系統(tǒng)的路徑規(guī)劃與編隊(duì)控制方法，包括：

建立多無(wú)人車系統(tǒng)的信號(hào)時(shí)序邏輯(STL)任務(wù)規(guī)范框架；

根據(jù)所述任務(wù)規(guī)范框架構(gòu)造所述STL對(duì)應(yīng)的控制障礙函數(shù)(CBF)；

在所述CBF的約束下求解多無(wú)人車系統(tǒng)的輸入控制律；

在所述輸入控制律下完成多無(wú)人車系統(tǒng)的路徑規(guī)劃與編隊(duì)任務(wù)；

循環(huán)檢測(cè)任務(wù)完成度。

優(yōu)選地，所述建立多無(wú)人車系統(tǒng)的信號(hào)時(shí)序邏輯(STL)任務(wù)規(guī)范框架，包括：

建立多無(wú)人車系統(tǒng)狀態(tài)空間模型；

含M個(gè)無(wú)人車的多無(wú)人車系統(tǒng)由無(wú)向圖建模構(gòu)成，其中ε∈v×v表示無(wú)人車之間的關(guān)聯(lián)；

令表示單個(gè)無(wú)人車i的n_i維狀態(tài)軌跡列向量，表示單個(gè)無(wú)人車i的m_i維輸入列向量；

令其中n:＝n₁+...+n_M表示多無(wú)人車系統(tǒng)的狀態(tài)維數(shù)總和；

單個(gè)無(wú)人車的狀態(tài)空間模型定義如下：

其中

其中第一變量x_i是局部李普希茲連續(xù)的，時(shí)間t可測(cè)；