基于剛性圖的多智能體編隊(duì)控制研究
摘要:對(duì)多智能體編隊(duì)執(zhí)行結(jié)點(diǎn)擴(kuò)展、集結(jié)、分離等操作后,保持編隊(duì)隊(duì)形穩(wěn)定的問(wèn)題進(jìn)行研究。利用代數(shù)圖論為研究工具,介紹了剛性圖和較小剛性圖的概念,基于剛性圖理論對(duì)多智能體編隊(duì)操作進(jìn)行形式化描述和數(shù)學(xué)建模,重點(diǎn)研究了結(jié)點(diǎn)增減、編隊(duì)集結(jié)、分離等操作下編隊(duì)剛性保持的條件,并給出保持編隊(duì)剛性的理論證明。采用編隊(duì)控制的形式化建模方法,可對(duì)進(jìn)一步深入編隊(duì)隊(duì)形控制算法以及控制器的設(shè)計(jì)等問(wèn)題提供編隊(duì)操作的形式化表達(dá),具有一定的借鑒意義。
1 引 言
在多智能協(xié)同執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中,多智能的編隊(duì)隊(duì)形控制是關(guān)注與研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一[1-2]。例如:無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行中遇到突發(fā)障礙時(shí)會(huì)進(jìn)行編隊(duì)解散,通過(guò)障礙后再進(jìn)行編隊(duì)重聚;衛(wèi)星群組在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行協(xié)同偵察時(shí),通過(guò)隊(duì)形控制進(jìn)行衛(wèi)星群位姿調(diào)整,確保對(duì)目標(biāo)的準(zhǔn)確定位。此外,由于通信干擾、控制失效等意外情況,導(dǎo)致通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。為保證信息傳遞,要對(duì)多智能體間的通信鏈路進(jìn)行重構(gòu),這也屬于編隊(duì)控制需要解決的問(wèn)題。
目前關(guān)于編隊(duì)控制已經(jīng)有了很多研究成果,CaoZQ等[3]基于行為方式的編隊(duì)控制,利用遺傳算法決定控制權(quán)重,選擇合適的行為響應(yīng)來(lái)保持編隊(duì)和障礙物回避;ReifJH等[4]則利用改進(jìn)的社會(huì)電勢(shì)場(chǎng)方法來(lái)應(yīng)對(duì)編隊(duì)中出現(xiàn)的單智能體失效和傳感器輸入信息不完整的情況。但是,這些研究主要關(guān)注的是保持編隊(duì)的穩(wěn)定性,對(duì)于編隊(duì)具體操作(如集結(jié)、分散、重構(gòu)等)的形式化建模研究較少。BrianDO等[5-6]采用剛性圖理論對(duì)編隊(duì)操作進(jìn)行了概念描述,RezaOS等[7]主要對(duì)集結(jié)問(wèn)題進(jìn)行了形式化的建模分析。
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