收藏本站
《华中科技大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于局部信息的若干群体行为研究

陈世明  
【摘要】: 自然界中很多种类的生物中都存在着复杂的群体行为,生物学家曾对此作了大量研究,也取得了很多重要的研究成果,一般来说,这些群体行为有着各种不同的产生机制,例如:某些菌类或昆虫类的生物个体直接受食物源或其它个体遗留的生物信息素的影响而产生群体行为;某些鱼类、鸟类或其它哺乳类生物直接与其它个体发生交互作用而导致群体行为等等。如何对这种群体行为进行数学建模,并将其应用于人工世界,如一组机器人的协作编队控制等,是目前复杂性科学的前沿课题。 生物群体动态行为的进化过程可以看作是一种算法的设计过程,该算法就是要设计生物的行为使之最适合它们所处的环境,而这个过程已经历了百万年的发展,因此通过研究生物群体的动态行为可以揭示控制这些生物系统运作的优化规则,而这些规则对发展类似的工程群体系统有着极为重要的作用。 本学位论文主要研究了大规模群体系统的集结行为和迁徙行为的可扩展建模与稳定性问题。 首先介绍了群体系统的定义及该领域所研究的主要问题;生物学领域群体集结行为和群体迁徙行为的研究现状;工程领域机器人群体集结和迁徙行为的相关研究以及受生物学群体行为中的粒子交互思想的启发而建立的粒子群优化算法。 然后针对大规模群体系统集结行为的研究,我们提出了一种基于最小外接圆方法的群体集结模型,并分析了其可扩展性和稳定性,该模型中每个个体的运动由两个作用力决定:(1)趋向包含个体邻域内所有个体的最小外接圆圆心的吸引力作用;(2)逃避排斥域内距其最近的个体的排斥力作用。结果表明所有个体能在有限时间内形成一个集中的群体,而且我们得出了关于个体之间的稳定距离以及收敛时间的结论。 随后我们将基于最小外接圆的收敛原则推广到群体迁徙行为的研究中,提出了一类改进的基于领导者-跟随者模式的协调跟踪模型,其中领导者引导群体其它成员完成趋向目标、避开障碍物的路径规划任务,而跟随者个体跟踪的是面向全局目标的正半区域内的个体组成的最小外接圆圆心位置。另外,我们分析了自由空间和障碍物空间中群体迁徙行为的可扩展性和稳定性,同时提出了一类适合于群体避障的进化规划算法。 在研究了群体规模的可扩展性之后,我们进一步研究了个体邻域规模的可扩展性,通过对个体不同的吸引源集合切换不同的控制作用,能够保证个体之间可观测性的延续,在提高整个群体规模的扩展性的同时也提高了个体邻域规模的可扩展性。通过将个体趋向其邻域最小外接圆圆心的行为理解为个体与其邻域内几个最远的个体之间交互作用的涌现结果,我们提出了一种适合于理解大规模群体系统集结和迁徙行为的两层涌现结构。另外,我们提出了一类模糊隶属度函数来描述个体运动的不确定位置信息,分析了不确定环境中群体行为的动态特性。 群体模型确立以后,需要设计实际的机器人使之动态特征方程与预先设定的理论群体动态性能相符合。我们采取基于滑模控制理论的到达律控制方法设计个体跟踪理想群体动态性能的动态方程,介绍了群体行为研究在机器人群体柔性编队任务中的应用。 总之,对群体系统中交互智能个体之间的协调机制与群体所涌现出来的协调行为的内在关联的研究无论是对生物群体涌现行为的理解还是对工程群体的应用都具有重大意义,因此全面综合多学科的工作成果而发展综合性的方法来理解群体行为的研究势在必行。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TP301.6

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杨永明;群体机器人系统协同行为研究[D];吉林大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 纪兴;基于行为的多机器人体系结构研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10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 黄献龙,梁斌,吴宏鑫;机器人避碰规划综述[J];航天控制;2002年01期
3 苏治宝,陆际联;基于行为法队形保持中的队形反馈[J];机床与液压;2003年03期
4 王月海,洪炳镕;快速收敛的机器人部队任意队形分布式控制算法[J];计算机研究与发展;2002年10期
5 王月海,洪炳熔;基于行为的机器人部队队形控制方案[J];机器人技术与应用;2001年04期
6 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
7 董胜龙,陈卫东,席裕庚;多移动机器人编队的分布式控制系统[J];机器人;2000年06期
8 韩学东,洪炳熔,孟伟;多机器人任意队形分布式控制研究[J];机器人;2003年01期
9 苏治宝,陆际联;多移动机器人队形控制的研究方法[J];机器人;2003年01期
10 韩逢庆,李红梅,李刚,黄席樾;一种改进的多机器人任意队形控制算法[J];机器人;2003年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 侯文英;李文卓;;农产品物流系统解释结构模型的构建[J];安徽农业科学;2012年02期
2 臧蕾;刘伟;李祚泳;;基于RBF的指标规范值的水资源承载力评价模型[J];安徽农业科学;2012年04期
3 张峰;王金超;陈雪波;;机器人队形控制中的二叉树方法[J];辽宁科技大学学报;2010年05期
4 邓永娣;吴丽娟;王镇东;;基于改进人工势场法的移动机器人路径规划[J];辽宁科技大学学报;2010年05期
5 王茜;陈雪波;;群体系统稳定性的研究现状及线性时变系统的稳定性判定方法[J];辽宁科技大学学报;2010年05期
6 刘敬娜;赵立纯;;基于营养动力学的浮游植物-动物模型的变结构控制[J];鞍山师范学院学报;2010年02期
7 刘勇健,李子生;岩土工程位移反分析的智能反演综述[J];地下空间;2004年01期
8 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
9 李坤全;方跃法;;改进遗传算法在6-RSS并联机器人机构设计中的应用[J];北京交通大学学报;2008年04期
10 彭生祥,李凯;多移动机器人编队行进中的行为分解[J];北京服装学院学报;2004年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;Aggregation and Pattern Formation of Multi-Agent Systems[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 楚天广;陈志福;王龙;谢广明;;群体动力学与协调控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 马翠芹;李韬;;一类离散时间多智能体系统的线性二次分散动态博弈[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 张健;孙鹤旭;雷兆明;梁涛;;一种基于干扰观测器的滑模控制器设计方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 熊举峰;谭冠政;;群机器人网格分布控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 韩江洪;王梅芳;马学森;王跃飞;;改进的遗传算法在虚拟企业伙伴选择问题中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 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
8 ;Collective Behavior of Swarms with General Nonlinear Attraction and Repulsion Functions[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 沈捷;王莉;林锦国;费树岷;;基于Leader-following方式的多移动机器人队形控制方法研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 黄天云;王晓楠;陈雪波;徐望宝;;基于多任务的组群机器人系统结构分析与设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨莉;基于可持续发展的我国电源结构优化研究[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 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 吴健荣;蒸汽发生器检修机器人样机研制及其关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;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 曲建华;基于群体智能的聚类分析[D];山东师范大学;2010年
8 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
9 蒋国银;基于集成模拟的电子商务协同工作机制研究[D];华中科技大学;2010年
10 王前;开关电源的协同控制理论及脉宽调制应用技术研究[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 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
2 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
3 程慧;基于神经网络的两类问题研究[D];广西师范学院;2010年
4 何凤平;迟滞系统的滑模变结构控制算法研究[D];浙江理工大学;2010年
5 周宇龙;基于遗传算法的堤防材料动力特性反演分析[D];郑州大学;2010年
6 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
7 金彩霞;离散时间系统的自适应输出反馈镇定[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 张杰;近水面作业的机器人综合减摇机理研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 张家飞;机器人群体协同任务规划与协调避碰[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 熊光明;龚建伟;段玉林;满益明;;基于行为优先与任务协调的多移动机器人遥操作[J];北京理工大学学报;2007年04期
2 贾鹏;黄玉美;王效岳;樊炳辉;;基于行为的移动机器人避障系统的设计[J];传感器与微系统;2007年06期
3 龚静;薛德黔;;多移动机器人关键技术研究[J];福建电脑;2009年01期
4 赵欣;;浅析多机器人技术及发展[J];装备制造技术;2009年05期
5 林凤涛;刘乐平;;基于蚁群算法的多机器人协作研究[J];机床与液压;2008年08期
6 刘志新;郭雷;;Vicsek模型的连通与同步[J];中国科学(E辑:信息科学);2007年08期
7 赵忆文,谈大龙;多移动机器人合作系统中的单机控制体系结构研究[J];机器人;1999年06期
8 蔡自兴,周翔,李枚毅,雷鸣;基于功能/行为集成的自主式移动机器人进化控制体系结构[J];机器人;2000年03期
9 李实,徐旭明,叶榛,孙增圻;国际机器人足球比赛及其相关技术[J];机器人;2000年05期
10 谭民,范永,徐国华;机器人群体协作与控制的研究[J];机器人;2001年02期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 刘淑华;复杂动态环境下多机器人的运动协调研究[D];吉林大学;2005年
2 程磊;多移动机器人协调控制系统的研究与实现[D];华中科技大学;2005年
3 李寿涛;基于行为的智能体避障控制以及动态协作方法研究[D];吉林大学;2007年
4 冯伟兴;群体机器人的运动行为基础研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
5 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
6 苏厚胜;多智能体蜂拥控制问题研究[D];上海交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 梅昊;群体机器人系统协同适应性研究[D];吉林大学;2007年
2 边鹏飞;基于行为的移动机器人智能避障系统研究[D];武汉理工大学;2009年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 杨茂;群体机器人系统分布式协同控制方法与协同行为分析[D];吉林大学;2010年
2 王平;空间自主在轨服务航天器近距离操作运动规划研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 刘宗春;群体机器人系统协同一致行为控制算法设计与仿真研究[D];吉林大学;2011年
2 庞毅;基于行为的多机器人队形控制研究[D];天津理工大学;2012年
3 李成凤;群体自主机器人系统分布式优化与一致性控制[D];吉林大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 曹志强,张斌,谭民;基于行为的多移动机器人实时队形保持[J];高技术通讯;2001年10期
2 苏治宝,陆际联;基于行为法队形保持中的队形反馈[J];机床与液压;2003年03期
3 李大生,刘欣,吴明华,周济;基于动力学约束的机器人无碰运动规划[J];机器人;1990年05期
4 董胜龙,陈卫东,席裕庚;多移动机器人编队的分布式控制系统[J];机器人;2000年06期
5 韩学东,洪炳熔,孟伟;多机器人任意队形分布式控制研究[J];机器人;2003年01期
6 孟庆浩,彭商贤,刘大维;基于Q-M图启发式搜索的移动机器人全局路径规划[J];机器人;1998年04期
7 周登勇;戴汝为;;人工生命[J];模式识别与人工智能;1998年04期
8 刘书桂,杨芳,邹志华,陈友林;计算几何在测试计量技术中的应用——求解最大内接圆[J];仪器仪表学报;1998年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 屈文忠,邱阳,张陵;非线性振动一种稳定的模糊控制方法研究[J];应用力学学报;1999年01期
2 刘珊;王永骥;方慧娟;徐琦;;机器人轨迹跟踪滑模控制研究[J];微计算机信息;2008年17期
3 朱彩红;;动态滑模控制在并联机器人中的应用[J];苏州市职业大学学报;2010年01期
4 刘福才;梁晓明;孙立萍;;滑模等式约束的时滞系统广义预测控制[J];自动化与仪器仪表;2006年02期
5 尹凤杰;井元伟;岳承君;王涛;潘伟;;不确定输入延时网络系统的鲁棒拥塞控制[J];控制与决策;2007年02期
6 施建洪;晋玉强;肖支才;;基于自适应反演的导弹滑模控制[J];海军航空工程学院学报;2004年06期
7 马登武;晋玉强;王士星;;基于模糊神经理论的BTT导弹滑模控制[J];弹箭与制导学报;2006年S8期
8 丁学明;;基于T-S模糊模型的滑模跟踪控制[J];测控技术;2006年08期
9 梁家荣;张晶华;杜富;;模糊广义离散系统的稳定与镇定[J];工程数学学报;2011年04期
10 黄轶,刘俊清,林春丽,何希勤;一类非线性系统综合自适应模糊滑模控制[J];控制工程;2005年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 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
2 张天平;冯纯伯;;一类非线性系统的输出反馈模糊滑模控制[A];1995年中国控制会议论文集(下)[C];1995年
3 李安军;邢桂菊;周丽雯;;换热器直管非线性振动及运动稳定性分析[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
4 张正;杨子松;;大畈核电厂填土边坡坡形设计与稳定性研究[A];2010’力学与工程应用学术研讨会论文集[C];2010年
5 谢湘生;刘永清;;带有滞后的线性广义离散系统稳定性分析[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
6 任立新;苏芳;余岩;;攀钢热连轧卷取机侧导板稳定性分析[A];冶金轧制过程自动化技术交流会论文集[C];2005年
7 胡清波;周志新;孙宝忠;;综合勘探技术在包神线罕台川河谷段煤矿采空区调查中的应用[A];2006年铁道勘测技术学术会议论文集[C];2006年
8 王锦华;赵克友;;带状态观测器及执行器饱和线性系统的稳定性分析[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
9 朱春华;;建筑物沉降观测系统探讨[A];中国测绘学会第八次全国会员代表大会暨2005年综合性学术年会论文集[C];2005年
10 唐辉明;;长江三峡工程水库塌岸研究[A];湖北省三峡库区地质灾害防治工程论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;EtherScale结构——弹性、可扩展性和安全性的保证[N];网络世界;2004年
2 何宝宏;IPTV与P2P技术结合将更具可扩展性[N];中国电子报;2007年
3 苑改霞;加入WTO后人民币汇率的稳定性分析[N];山西经济日报;2001年
4 中国软件评测中心媒体测试部;设计出众 可扩展性优秀[N];中国计算机报;2009年
5 那什;节能是推进IPv6发展的重要动力[N];人民邮电;2011年
6 一冰;万全R150填补联想单路机架式服务器空白[N];电脑商报;2008年
7 ;优化升级[N];网络世界;2006年
8 沈卫东;提高机房设施的扩展性(三)[N];网络世界;2005年
9 Gina Geisel;SAS:新一代SCSI[N];网络世界;2008年
10 李江涛;我国未来信息网络研发达国际先进水平[N];中国质量报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈世明;基于局部信息的若干群体行为研究[D];华中科技大学;2006年
2 王冬梅;群集运动控制及其相关特性的研究[D];华中科技大学;2009年
3 韩晓泉;模糊控制在光电跟踪伺服系统中的应用研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
4 朱欣志;两轮车的稳定性分析与控制研究[D];西北工业大学;2003年
5 张钊;模糊系统的推理及其稳定性分析[D];天津大学;2004年
6 强爱红;纳米颗粒悬浮液强化对流传热的研究[D];天津大学;2007年
7 王之元;并行计算可扩展性分析与优化[D];国防科学技术大学;2011年
8 王佳;多Agent系统的控制及稳定性分析[D];南京理工大学;2008年
9 李延波;分布参数系统与It(?)型随机系统的稳定与滑模控制研究[D];中国海洋大学;2007年
10 张碧陶;智能分数阶滑模控制及系统参数整定方法的研究[D];华南理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄曼;网络控制中多延时系统的稳定性分析[D];沈阳工业大学;2004年
2 杨岚;永磁直线电机伺服系统时变滑模控制[D];沈阳工业大学;2011年
3 孙静;模糊滑模控制的研究[D];北京化工大学;2003年
4 侯晓丽;奇异不确定时滞系统的鲁棒镇定与保性能控制[D];郑州大学;2004年
5 周颖;基于模糊滑动面的滑动模态控制方法研究[D];河北工业大学;2000年
6 马丹;延时网络控制系统的滑模控制[D];沈阳工业大学;2004年
7 王翠红;自适应模糊滑模控制的设计与分析[D];西南交通大学;2005年
8 谢祖林;模糊滑模控制在伺服系统中的应用研究[D];武汉理工大学;2006年
9 刘斐;冷凝器清洗机器人轨迹跟踪的滑模控制方法研究[D];长沙理工大学;2010年
10 鞠建永;基于滑模控制的并联型有源电力滤波器研究[D];合肥工业大学;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026