一種基于行為的領(lǐng)航者-跟隨者多智能體隊形控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于行為的領(lǐng)航者-跟隨者多智能體隊形控制方法，本發(fā)明的新穎之處在于將多智能體的隊形控制方法中的基于行為法和領(lǐng)航者-跟隨者方法結(jié)合起來得到的一種新型的隊形控制方法，這種方法既適合分布式控制，又可以通過控制一個領(lǐng)航者就能控制整個隊伍，該方法通過增加候補領(lǐng)航者在一定程度上能彌補領(lǐng)航者發(fā)生障礙后導(dǎo)致隊形失效的缺陷。
【專利說明】一種基于行為的領(lǐng)航者-跟隨者多智能體隊形控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明與人工智能和控制學(xué)科有關(guān)，隨著多智能體的廣泛應(yīng)用，其研究和應(yīng)用 主要體現(xiàn)在多智能體的協(xié)同控制，形成多智能體編隊；本發(fā)明涉及一種基于行為的領(lǐng)航 者-跟隨者多智能體編隊控制方法，有效快速的形成多種多智能體隊形。

【背景技術(shù)】
[0002] 多智能體的編隊控制是指智能體之間形成或達到期望的距離和方位角。多智能體 在陸地智能機器人、水下自主航行器和空間飛行器等方面的許多的應(yīng)用，智能體之間的協(xié) 同控制問題是一個不可回避的重要問題。
[0003] 目前對多智能體系統(tǒng)的研究比較多的一類控制問題就是編隊控制。目前主要的隊 形控制方法有：1)人工勢場法，即通過定義人工勢場得到相應(yīng)的隊形，但存在著隊形單一， 不同的隊形需要定義不同的人工勢場，勢函數(shù)過于復(fù)雜；2)虛擬結(jié)構(gòu)法，其缺點是應(yīng)用范圍 很大程度上受到虛擬結(jié)構(gòu)法形成的隊形的限制；3)領(lǐng)航者-跟隨者法，對領(lǐng)航者的依賴程 度大，一旦領(lǐng)航者失效會導(dǎo)致整個隊伍失效。4)基于行為法，群體行為沒有明確的定義，對 其進行數(shù)學(xué)分析非常困難。
[0004] 不同于其它研究方法，本發(fā)明將基于行為法和領(lǐng)航者-跟隨者方法相結(jié)合得到一 種多智能體隊形控制方法，既適合分布式控制，又可以通過控制一個領(lǐng)航者就能控制整個 隊伍。該方法通過增加候補領(lǐng)航者在一定程度上能彌補領(lǐng)航者發(fā)生障礙后導(dǎo)致隊形失效的 缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明建立一種基于行為的領(lǐng)航者-跟隨者的多智能體隊形控制方法，該方法可 分為兩個部分：第一是設(shè)計包括朝向目標、隊形形成、隊形變換和障礙規(guī)避等基本行為；第 二是針對幾項基本行為分別設(shè)計相應(yīng)的控制器。
[0006] 本發(fā)明的基本原理如下： 這種基于行為的領(lǐng)航者-跟隨者多智能體隊形控制方法是指設(shè)計智能體的基本行為， 包括朝向目標、隊形保持、隊形變換和障礙物規(guī)避等，具體的行為控制過程如下說明： 1.朝向目標行為，這一行為的設(shè)計主要是為了使多智能體的隊伍在運動的過程中始終 都是朝著目標運動的，多智能體的運動方程為

【權(quán)利要求】
1. 本發(fā)明提出一種基于行為的領(lǐng)航者-跟隨者多智能體隊形控制方法，其中基于行為 是指設(shè)計智能體的基本行為，包括朝向目標、隊形保持、隊形變換和障礙物規(guī)避等；與領(lǐng)航 者-跟隨者方法相比，本發(fā)明不僅設(shè)計了智能體的基本行為，還針對領(lǐng)航者-跟隨者方法由 于領(lǐng)航者失效導(dǎo)致整個任務(wù)失敗的缺陷，設(shè)計了候補領(lǐng)航者，當領(lǐng)航者失效后，候補領(lǐng)航者 代替領(lǐng)航者的位置。
2. 朝向目標行為，這一行為的設(shè)計主要是為了使多智能體的隊伍在運動的過程中始終 都是朝著目標運動的，多智能體的運動方程為
其中％和％是給定的比例系數(shù)，式（1)?（4)可以得到控制變量為
應(yīng)用公式（7)和（8)能夠有效地給出朝向目標行為的控制度量。
3. 隊形保持，這一行為的設(shè)計是為了使多智能體能夠完成任務(wù)，而需要保持某種特定 的隊形，參考智能體的狀態(tài)為期(％,烏A為），智能體丑1(%的義，），相對于參考智能體 的相對參數(shù)為，則

其中&為參考智能體的指向，A為智能體的指向，點=v + l - d%)分別是隊形 士 Ft抽豐會去無I臺!^女#?的T田未目HR畝壬口卡/^任執(zhí)生丨丨的縣攸Rfe斗> .
將公式（11)和（12)帶入之前上面的式中，求得控制變量
應(yīng)用公式（15)和（16)能夠有效地給出隊形保持行為的控制度量。
4. 隊形變換，為了適應(yīng)不同的任務(wù)下的環(huán)境，多智能體系統(tǒng)不得不改變自身的幾何形 狀來適應(yīng)環(huán)境，以確保隊伍的安全或者為了形成更大范圍的編隊以獲得更多的環(huán)境信息， 當遇到當前環(huán)境發(fā)生變化需要變化隊形時，領(lǐng)航者將隊形變換指令傳遞給其它跟隨者，跟 隨者根據(jù)指令中的新隊形和自身的位置來確定下一刻的運動狀態(tài)。
5. 障礙規(guī)避，為了使整個隊伍能夠避開障礙物，應(yīng)該將編隊隊形的大小和智能體在編 隊的位置考慮在內(nèi)，假設(shè)足為單個智能體能夠通過的安全距離，并基于任務(wù)的多智能體編 隊的全局安全距I
其中；為編隊寬度。
6. 避障的策略為：如果編隊的前，左前，右前與障礙的距離的最小值大于七，那么本發(fā) 明讓智能體保持現(xiàn)有的速度和指向，系統(tǒng)的控制變量為％ =t?且％ =0,否則速度將隨著 與障礙物之間距離的縮小而降低，并且測得編隊左前方和右前方與障礙物之間的距離的大 小，利用者兩個距離差來決定轉(zhuǎn)向速度，系統(tǒng)的控制變量為
其中4和乂為給定的常數(shù)，\分別為編隊前方、左前方、右前方與障礙物之 間的距離。
【文檔編號】G05B13/04GK104281052SQ201310281499
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月6日
【發(fā)明者】張澤旭, 黃強 申請人:哈爾濱點石仿真科技有限公司