一种基于行为的领航者-跟随者多智能体队形控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于行为的领航者-跟随者多智能体队形控制方法，本发明专利技术的新颖之处在于将多智能体的队形控制方法中的基于行为法和领航者-跟随者方法结合起来得到的一种新型的队形控制方法，这种方法既适合分布式控制，又可以通过控制一个领航者就能控制整个队伍，该方法通过增加候补领航者在一定程度上能弥补领航者发生障碍后导致队形失效的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，本专利技术的新颖之处在于将多智能体的队形控制方法中的基于行为法和领航者-跟随者方法结合起来得到的一种新型的队形控制方法，这种方法既适合分布式控制，又可以通过控制一个领航者就能控制整个队伍，该方法通过增加候补领航者在一定程度上能弥补领航者发生障碍后导致队形失效的缺陷。【专利说明】
本专利技术与人工智能和控制学科有关，随着多智能体的广泛应用，其研究和应用 主要体现在多智能体的协同控制，形成多智能体编队；本专利技术涉及一种基于行为的领航 者-跟随者多智能体编队控制方法，有效快速的形成多种多智能体队形。
技术介绍
多智能体的编队控制是指智能体之间形成或达到期望的距离和方位角。多智能体 在陆地智能机器人、水下自主航行器和空间飞行器等方面的许多的应用，智能体之间的协 同控制问题是一个不可回避的重要问题。 目前对多智能体系统的研究比较多的一类控制问题就是编队控制。目前主要的队 形控制方法有：1)人工势场法，即通过定义人工势场得到相应的队形，但存在着队形单一， 不同的队形需要定义不同的人工势场，势函数过于复杂；2)虚拟结构法，其缺点是应用范围 很大程度上受到虚拟结构法形成的队形的限制；3)领航者-跟随者法，对领航者的依赖程 度大，一旦领航者失效会导致整个队伍失效。4)基于行为法，群体行为没有明确的定义，对 其进行数学分析非常困难。 不同于其它研究方法，本专利技术将基于行为法和领航者-跟随者方法相结合得到一 种多智能体队形控制方法，既适合分布式控制，又可以通过控制一个领航者就能控制整个 队伍。该方法通过增加候补领航者在一定程度上能弥补领航者发生障碍后导致队形失效的 缺陷。
技术实现思路
本专利技术建立一种基于行为的领航者-跟随者的多智能体队形控制方法，该方法可 分为两个部分：第一是设计包括朝向目标、队形形成、队形变换和障碍规避等基本行为；第 二是针对几项基本行为分别设计相应的控制器。 本专利技术的基本原理如下： 这种基于行为的领航者-跟随者多智能体队形控制方法是指设计智能体的基本行为， 包括朝向目标、队形保持、队形变换和障碍物规避等，具体的行为控制过程如下说明： 1.朝向目标行为，这一行为的设计主要是为了使多智能体的队伍在运动的过程中始终 都是朝着目标运动的，多智能体的运动方程为 【权利要求】1. 本专利技术提出，其中基于行为 是指设计智能体的基本行为，包括朝向目标、队形保持、队形变换和障碍物规避等；与领航 者-跟随者方法相比，本专利技术不仅设计了智能体的基本行为，还针对领航者-跟随者方法由 于领航者失效导致整个任务失败的缺陷，设计了候补领航者，当领航者失效后，候补领航者 代替领航者的位置。2. 朝向目标行为，这一行为的设计主要是为了使多智能体的队伍在运动的过程中始终 都是朝着目标运动的，多智能体的运动方程为其中％和％是给定的比例系数，式（1)?（4)可以得到控制变量为应用公式（7)和（8)能够有效地给出朝向目标行为的控制度量。3. 队形保持，这一行为的设计是为了使多智能体能够完成任务，而需要保持某种特定 的队形，参考智能体的状态为期(％,烏A為），智能体丑1(%的义，），相对于参考智能体 的相对参数为，则其中&为参考智能体的指向，A为智能体的指向，点=v + l - d%)分别是队形 士 Ft抽丰会去無I台!^女#?的T田未目HR亩壬口卡/^任执生丨丨的县攸Rfe斗> .将公式（11)和（12)带入之前上面的式中，求得控制变量应用公式（15)和（16)能够有效地给出队形保持行为的控制度量。4. 队形变换，为了适应不同的任务下的环境，多智能体系统不得不改变自身的几何形 状来适应环境，以确保队伍的安全或者为了形成更大范围的编队以获得更多的环境信息， 当遇到当前环境发生变化需要变化队形时，领航者将队形变换指令传递给其它跟随者，跟 随者根据指令中的新队形和自身的位置来确定下一刻的运动状态。5. 障碍规避，为了使整个队伍能够避开障碍物，应该将编队队形的大小和智能体在编 队的位置考虑在内，假设足为单个智能体能够通过的安全距离，并基于任务的多智能体编 队的全局安全距I其中；为编队宽度。6. 避障的策略为：如果编队的前，左前，右前与障碍的距离的最小值大于七，那么本发 明让智能体保持现有的速度和指向，系统的控制变量为％ =t?且％ =0,否则速度将随着 与障碍物之间距离的缩小而降低，并且测得编队左前方和右前方与障碍物之间的距离的大 小，利用者两个距离差来决定转向速度，系统的控制变量为其中4和乂为给定的常数，\分别为编队前方、左前方、右前方与障碍物之 间的距离。【文档编号】G05B13/04GK104281052SQ201310281499【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月6日 优先权日:2013年7月6日 【专利技术者】张泽旭, 黄强 申请人:哈尔滨点石仿真科技有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术提出一种基于行为的领航者‑跟随者多智能体队形控制方法，其中基于行为是指设计智能体的基本行为，包括朝向目标、队形保持、队形变换和障碍物规避等；与领航者‑跟随者方法相比，本专利技术不仅设计了智能体的基本行为，还针对领航者‑跟随者方法由于领航者失效导致整个任务失败的缺陷，设计了候补领航者，当领航者失效后，候补领航者代替领航者的位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽旭，黄强，
申请(专利权)人：哈尔滨点石仿真科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23