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多智能体系统最优持久编队生成与圆形编队控制

邵士凯  
【摘要】:多智能体系统的编队协调控制是控制领域与通信领域的研究热点,最近几年已经出现了许多的研究成果。在编队协调控制任务中,利用最小持久通信拓扑,可以减少系统间的通信能量消耗,降低通信复杂度,简化运动控制器的设计。同时,基于最小持久拓扑结构可以生成一些特殊形状的编队,用以完成特定的任务。基于此,本文在现有文献基础上,研究了具有最小加权和的最小持久编队的自动生成以及最小持久圆形编队的控制。 首先,研究了通信拓扑图基础圈为三角形或四边形的最优持久编队分布式生成算法,并设计对应的运动控制器。对于基础圈为三角形或四边形的最优刚性拓扑图,通过有向增加顶点操作,即可实现对应的最优持久编队生成。在其控制器设计中,每个智能体至多只需利用两个邻居的状态信息作为输入即可。同时,考虑到运动过程的拓扑切换,设计缓冲控制函数,以保证切换瞬间智能体输出的平稳性。 其次,研究了包含任意基础圈结构的最优持久编队的分布式生成算法。对于任意给定的多智能体系统,首先通过分布式方法生成对应的最优刚性拓扑图,然后通过增加顶点刚性逆操作和边分离刚性逆操作,将生成的最优刚性图进行分解,并按照分解的逆序将对应的两种逆操作分别进行有向化,保证最优刚性拓扑中的所有无向边变为有向边,通过仿真结果验证了所提算法的有效性。 最后,利用最小持久编队的形状保持特性,研究了最小持久圆形编队的生成与控制。研究圆形编队的生成和控制,关键在于对应的最小持久拓扑的获得。本文设计了两种基于相对距离和相对角度的两种编号方法,通过对智能体进行编号,并给出不同编号智能体之间的有向通信算法,实现了圆形编队的最小持久通信拓扑生成。再按照生成的拓扑,对编队进行分布式运动控制,最终保证了最小持久圆形编队的生成。


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