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《哈尔滨工程大学》 2009年
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群集智能理论及其在多机器人系统中的应用研究

刘佰龙  
【摘要】: 群集智能是受自然界生物群体社会性行为启发而产生的概念,它是指简单个体通过局部交互所涌现出的不可预见的全局智能行为的特性。系统中的个体仅在局部感知能力下,通过同其他个体以及环境的交互就可以实现复杂的行为模式。群集智能利用群体的优势,在没有集中控制、不提供全局模型的前提下,为寻找复杂问题的解决方案提供了新的思路。显然,对群居生物集体行为的研究有助于理解群集智能系统的内在机理,及其在不同领域的应用。 本文目的是研究群集智能的有关理论问题,给出一套用于分析群集智能系统及相关行为稳定性和复杂性的方法,并将研究成果应用到多机器人系统中,实现多机器人的协调协作。 首先,证明了个体模型下群集智能系统自聚的稳定性。自聚的稳定性是指个体在移动过程中能够成群移动并最终聚集到目标位置周围的邻域内。微观上,通过将个体之间的相互作用转化为势场力,结合考虑个体的感知能力、动态环境以及噪声等因素,建立了群体聚集中的个体模型,运用Lyapunov稳定性理论证明了在上述情况下群体自聚的稳定性。 其次,证明了群集智能系统中环形分类行为的稳定性。环形结构同群体聚集时产生的最终结构在空间上具有一定的相似性。将群体聚集个体模型进行扩展,增加不同类对象之间的相互作用,建立了环形分类中被分类对象的个体模型。通过Lyapunov稳定性理论给出了多类物体环形结构构建的稳定性分析。 再次,研究了群体模型下的群体自组织特性。宏观上,分析群集智能系统个体之间以及个体和环境之间相互作用产生的效果,并考虑个体的行为规则,有助于建立系统的群体模型。将群体和环境看作一个开放系统,结合耗散结构的相关理论,基于平均场法建立了描述系统宏观状态的群体模型。通过模型的解析解、数值解以及Monte Carlo模拟,分析了系统状态随各个参数的变化规律,得出了群集智能系统多稳态性、模式涌现以及分叉现象产生的机制和条件。 最后,将群集智能模型和理论分析结果应用到机器人领域中,以编队和觅食任务为背景,实现了多机器人的协调协作。从行为上看,群体聚集和多机器人编队在过程上具有一致性。机器人间的引力和斥力平衡时可以保证机器人满足一定的几何约束,而环境中的障碍物可以引入同目标相反的势函数模拟。通过引入机器人的动力学方程,结合群体自聚个体模型实现了多机器人的编队控制。以觅食任务为背景的多机器人协作行为,由机器人之间的交互方式入手,提出了基于信息素反应的觅食策略,有效地提高了多机器人觅食的效率,降低了机器人之间的冲突。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP18;TP242

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杨帆;多移动机器人编队控制与协作运输研究[D];华东理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 林志强;基于多杀毒软件协同的病毒检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 余凤霞;基于元胞自动机的群体行为仿真[D];宁波大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 丁滢颍,何衍,蒋静坪;基于蚁群算法的多机器人协作策略[J];机器人;2003年05期
2 贾秋玲;闫建国;王新民;;基于势函数的多机器人系统的编队控制[J];机器人;2006年02期
3 陈世明,方华京;大规模智能群体的建模及稳定性分析[J];控制与决策;2005年05期
4 韩靖;蔡庆生;;AER模型中的智能涌现[J];模式识别与人工智能;2002年02期
5 何小贤,朱云龙,王玫;群体智能中的知识涌现与复杂适应性问题综述研究[J];信息与控制;2005年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王侠;程乃伟;;蚁群算法在动态疏散路径优化过程中的应用[J];安防科技;2009年10期
2 姜玲玲;;创新型秘书人才培养的耗散结构分析[J];安徽农业大学学报(社会科学版);2009年04期
3 叶志伟;张金平;赖旭东;;基于粒子群算法的最大交叉熵的图像分割方法[J];安徽农业科学;2007年23期
4 文余源;段娟;;城乡互动发展的相关理论基础及其启示[J];安徽农业科学;2007年36期
5 高春凤;;自组织理论视角下的新农村建设[J];安徽农业科学;2008年22期
6 刘开云;刘保国;徐冲;;基于PSO-BP算法的隧道非线性位移分析模型[J];地下空间与工程学报;2009年02期
7 于秀彬;再述组织与自组织的辩证关系——论市场经济中企业的自组织化[J];白城师范学院学报;2005年03期
8 Cédric DEVIGNE,Claire DETRAIN;黑蚁对雪松长足大蚜集群时空变化的取食反应(英文)[J];动物学报;2005年01期
9 罗旭;于加明;郑世斌;赵彬;曹莉莉;张勇;梁佳英;;防空兵指挥信息系统的耗散结构分析[J];兵工自动化;2008年03期
10 谭乐祖;任东彦;温巧林;;基于杂交粒子群算法的弹炮混编防空群火力优化模型[J];兵工自动化;2010年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔志华;蔡星娟;曾建潮;孙国基;;基于预测速度的改进微粒群算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 严彬;熊伟清;程美英;叶青;;基于拥塞控制的多种群二元蚁群算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 罗小元;刘丹;;基于势函数的多智能体群集与避障[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 袁少强;徐发洋;;基于CPSO的有限反馈增益系统设计[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
5 张元敏;殷志锋;周雅;;蚁群算法在多用户检测中的应用及其改进[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
6 薛志斌;曾建潮;;局部感知Swarm模型稳定性分析[A];第十届中国科协年会论文集(一)[C];2008年
7 王云;董增寿;卓东风;;基于图像纹理和结构特征的燃烧指数的高温低氧火焰燃烧稳定性识别[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
8 张桐;王亚慧;叶安丽;王健;;基于微粒群算法与最小二乘法的在线辨识策略研究[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集(下册)[C];2008年
9 刘忠菁;霍小江;黄训诚;陈学广;;节能电力调度中分布式仿生优化策略发生器的研究[A];中国电子学会第十六届信息论学术年会论文集[C];2009年
10 胡松峰;彭显刚;;电网短期负荷预测方法综述[A];武汉(南方九省)电工理论学会第22届学术年会、河南省电工技术学会年会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张子迎;多机器人协作及环境建模技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 李士金;同煤集团发展循环经济的运行模式研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
5 韩广;基于循环经济的资源型企业业务流程再造研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
6 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
7 倪丽萍;基于分形技术的金融数据分析方法研究[D];合肥工业大学;2010年
8 曲建华;基于群体智能的聚类分析[D];山东师范大学;2010年
9 杨锦园;基于传感器管理的移动机器人融合算法研究[D];华中科技大学;2010年
10 李鹤喜;基于视觉反馈的焊接机器人自主示教关键技术研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李颖;用蚁群算法求解最小极大流问题[D];河南理工大学;2010年
2 王旭;资源型城市生态经济系统可持续发展研究[D];河南理工大学;2010年
3 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
4 黄志钦;珠三角产业集群发展及其对广西的借鉴[D];广西师范学院;2010年
5 邵晓路;蚁群群体智能网络可视化试验平台研制[D];浙江理工大学;2010年
6 耿东山;基于蚁群算法的机器人全局路径规划[D];郑州大学;2010年
7 赵乐乐;在役桥梁结构健康诊断与寿命预测技术研究[D];郑州大学;2010年
8 杨书显;基于PSO算法的氧乐果合成过程建模与控制研究[D];郑州大学;2010年
9 宋超臣;基于推荐网络的服务搜索技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 马迪;图像分割中的边缘检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 潘涛;BP神经网络模型中活化函数对网络性能影响的研究[J];安徽师大学报(自然科学版);1998年03期
2 李敏生,刘斌;BP学习算法的改进与应用[J];北京理工大学学报;1999年06期
3 张子迎;张汝波;刘心;;多机器人混合编队控制[J];北京邮电大学学报;2008年06期
4 刘佶鑫;赵英凯;;改进元胞蚂蚁模型在路径规划中的应用[J];传感器与微系统;2009年01期
5 蒋腾旭;;智能优化算法概述[J];电脑知识与技术(学术交流);2007年08期
6 王爽;张鹰;吕瑞霞;;BP神经网络的算法改进及应用[J];电脑知识与技术;2009年04期
7 杨斌,聂在平,夏耀先,蒋荣生;基于改进共轭梯度法的前馈网络快速监督学习算法[J];电子学报;2002年12期
8 彭喜元,彭宇,戴毓丰;群智能理论及应用[J];电子学报;2003年S1期
9 吕强;刘士荣;;一种信息充分交流的粒子群优化算法[J];电子学报;2010年03期
10 李果;;计算机病毒检测技术分析与对比[J];工程建设与设计;2007年10期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 柳林;多机器人系统任务分配及编队控制研究[D];国防科学技术大学;2006年
2 龙晓林;基于网络模型的多机器人系统研究[D];浙江大学;2007年
3 李勇;多Agent系统联盟及任务分配的研究[D];合肥工业大学;2008年
4 吴正平;复杂网络建模与一致性及在多移动智能体中的应用[D];华中科技大学;2007年
5 刘剑锋;卫星编队飞行队形控制与重构技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
6 谢文龙;机器人系统运动规划与协调的研究[D];上海交通大学;2008年
7 李向舜;网络化群体系统编队与一致性控制[D];华中科技大学;2009年
8 刘磊;多移动机器人编队及协调控制研究[D];华中科技大学;2009年
9 刘爽;多机器人编队的运动规则[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 甘涛;元胞自动机与现代科学中的计算主义[D];中国人民大学;2005年
2 周奇;元胞自动机及其在创新扩散中的应用[D];大连理工大学;2006年
3 陈莹;基于元胞自动机的股票市场模拟模型[D];大连海事大学;2007年
4 李江涛;基于行为的病毒检测系统的设计与实现[D];北京交通大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 刘书桂,杨芳,陶晋;计算几何在测试计量技术中的应用-求解最小外接圆[J];工程图学学报;2000年03期
2 葛根焰,汤建勋;最小外接圆法和最大内切圆法圆度评估的快速算法[J];计量与测试技术;1996年05期
3 苗东升;系统科学的难题与突破点[J];科技导报;2000年07期
4 张永光;“人工生命”研究进展[J];中国科学院院刊;2000年03期
5 韩靖,陈恩红,蔡庆生;求解过程中约束一致性维护的多层次策略研究[J];软件学报;1998年08期
6 王文举,杨思磊;复杂适应性系统、博弈论及经济动态模拟[J];首都经济贸易大学学报;2002年05期
7 崔霞,戴汝为,李耀东;群体智慧在综合集成研讨厅体系中的涌现[J];系统仿真学报;2003年01期
8 任晓明;数字生命的本质和意义[J];自然辩证法通讯;2003年04期
【相似文献】
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1 李志伟;基于群集智能的蚁群优化算法研究[J];计算机工程与设计;2003年08期
2 曹天柱,李珊君,任瑞玲;基于群集智能的MANET路由算法[J];四川大学学报(工程科学版);2004年01期
3 杨燕,靳蕃,Kamel M;微粒群优化算法研究现状及其进展[J];计算机工程;2004年21期
4 杨殿生;;TSP问题的蚁群算法求解[J];计算机教育;2006年05期
5 曹桂文;张英;;基于蚁群算法的TSP问题求解[J];改革与开放;2010年16期
6 郑毅 ,吴斌;由鸟群和蚂蚁想到的——基于主体的仿真与群集智能的研究[J];微电脑世界;2001年16期
7 柯晶,钱积新,乔谊正;一种改进粒子群优化算法[J];电路与系统学报;2003年05期
8 张文爱;刘俊豪;;基于粒子群算法的盲源分离算法[J];太原理工大学学报;2006年02期
9 罗新;王兆礼;路永和;;基于蚁群智能算法的文本分类研究[J];图书情报工作;2011年02期
10 王果;戴冬;;群集智能算法研究现状及进展[J];河南机电高等专科学校学报;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 周伟;刘粉林;吴灏;王清贤;;群集智能与群集决策[A];2002中国控制与决策学术年会论文集[C];2002年
2 肖人彬;;面向虚拟企业组建的蚁群劳动分工模型研究[A];科学发展观与系统工程——中国系统工程学会第十四届学术年会论文集[C];2006年
3 李明;涂璟;周知进;;一种克服早熟收敛的收缩因子粒子群算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 赵亮;;遗传增强混沌粒子群算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 蒲汛;群集智能及其在分布式系统中的应用研究[D];电子科技大学;2012年
2 张颖;基于群集智能模式识别方法的研究[D];大连理工大学;2008年
3 柯晶;强跟踪状态估计与群集辨识[D];浙江大学;2003年
4 刘佰龙;群集智能理论及其在多机器人系统中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 金鑫;智能空间的模型与其网络服务质量单播路由的研究[D];华中科技大学;2005年
6 沈艳;分布式测试系统协作理论及其通信平台实时性研究[D];电子科技大学;2004年
7 冯登超;蚁群算法与小波网络在复杂性科学中的应用研究[D];天津大学;2008年
8 陶振武;基于群集智能的产品共进化设计方法研究[D];华中科技大学;2007年
9 于化龙;基于DNA微阵列数据的癌症分类技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 张雪萍;基于群集智能的带约束条件空间聚类分析研究[D];解放军信息工程大学;2007年
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1 朱虎;基于图着色问题的群集智能算法研究[D];华中科技大学;2009年
2 王冬梅;群集智能优化算法的研究[D];武汉科技大学;2004年
3 许扬威;基于辩论的群集智能自适应策略选择研究[D];北京工业大学;2011年
4 朱健峥;基于群集智能手段的低压台区电网负荷预测手段研究[D];上海交通大学;2011年
5 李琳;一类群集模型的稳定性分析[D];大连海事大学;2005年
6 李喜林;基于改进型粒子群算法的盲源分离研究[D];太原理工大学;2007年
7 胡平;群集智能算法在不确定旅行商问题中的应用研究[D];吉林大学;2007年
8 程满中;蚂蚁算法在车辆路径问题中的研究[D];中南民族大学;2007年
9 韩春松;具有双链形通信拓扑结构的群集稳定性分析[D];辽宁科技大学;2006年
10 刘丽芳;粒子群算法的改进及应用[D];太原理工大学;2008年
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