[發明專利]基于離散系統的異構分布式集群系統編隊控制算法

在審

• 申請號: 202210089495.4
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114594786A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 韓亮;馬文宗;任章
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 張立君

本發明公開了基于離散系統的異構分布式集群系統編隊控制算法，包括：構建多智能體系統的通信拓撲關系，多智能體系統包括多個二階智能體和一階智能體；分別構建二階和一階智能體的動力學模型和編隊函數；每個智能體獲取與其相鄰智能體的狀態向量和編隊函數；獲得每個二階和一階智能體的控制指令狀態量；基于動力學模型、控制指令狀態量和每個智能體k時刻的狀態向量，獲得每個智能體的k+1時刻的位置向量，根據每個智能體的k+1時刻的位置向量，獲得智能體k+1時刻的狀態向量和新的控制指令狀態量，以維持編隊控制。本發明利用離散時間系統，有效降低了多智能體系統間的通信量，控制兩類智能體，使得多智能體系統編隊算法更加符合實際系統。

技術領域

本發明屬于多智能體編隊控制領域，更具體地，涉及一種基于離散系統的異構分布式集群系統編隊控制算法及系統。

背景技術

多智能體控制是人們效仿自然界中群體現象而提出的問題。例如生物界昆蟲、鳥和魚群等協作捕食。共同抵御入侵者等行為，都顯示出某種群體特質。隨著嵌入式計算和通信能力的提高，以及分布式思想的發展，人們開始意識到多智能體系統的合作能夠以更小的代價完成更復雜的任務。相比于單個智能體，多智能體系統，尤其是分布式多智能體系統，具有很多明顯的優點。

多智能體編隊控制是當前多智能體系統研究的熱點問題，它指多個智能體組成的團隊在向特定目標或方向運動的過程中，相互之間保持預定的幾何形態。多智能體編隊控制在搶險救災、實時監控、協同運輸等各個領域具有廣泛的應用，如實現無人車、無人機、船只、衛星等運動載體的編隊控制等。在地震、塌方、火災搜救等難以確保救援人員安全的場景中，機器人可順利進入，同時單個機器人獲取環境信息的能力通常有限，但如果多個機器人保持合理的隊形，分工獲取周圍的環境信息，就有可能迅速準確地感知群體所在區域的環境信息，使群體的資源利用率比成員隨機分布時更高，及時感知搜救人員。同樣的例子還有搶修通訊網絡，無人機可以快速進入通信故障區域，通過采取合理的編隊均勻分布在災難區域中，作為用戶設備和最近的地面基站連接的中轉站，以更高的效率更安全的方式，代替搶修人員執行惡劣、危險環境下的搶險任務。在機場周邊環境中，需要時刻保證對無證飛行器“黑飛”的監視，同時保證發現即攔截的能力，多智能體協同編隊則可在保持傳感器網絡持續監視周邊空域的前提下，以特定編隊隊形捕捉攔截黑飛。在工業生產中，例如多機器人系統搬運大型物體時，會對機器人的位置存在一定編隊要求，以滿足搬運過程中的穩定和負載平衡，在物流產業中，大倉庫場景下的包裹分揀與運輸對準確度和任務時間的要求更高，而多智能體編隊則可通過協同運輸的方式使物流過程更為標準化、有序與高效。

以上內容都是基于同構多智能體系統的研究，隨著時代進一步發展，單一平臺編隊劣勢初現，無人機負載能力低，觀測精度低，無人車視覺范圍小速度慢且通信能力弱，故而現今項目對多智能體系統的種類豐富度有了進一步的需求，要求多種類智能體協作，例如空地協同任務，建立無人機-無人車異構協同編隊，通過空中與地面的協作和互補，這種編隊方式能使多智能體系統完成單一平臺無法完成的任務，如大片區域排查、地理勘測，跟蹤追逃，也能取長補短，例如無人車可以作為無人機的移動加油站進而改善無人機續航能力，無人機可以共享信息增大無人車的偵測范圍，但無人機和無人車的動力學結構不同，部分無人車的控制指令可以視為一階智能體的速度，部分無人機的控制指令可以視為二階智能體的加速度，控制指令作用的不同造成了多智能體控制協議的設計困難。

因此特別需要一種異構集群系統控制協議的設計方法。