基于剛性圖的多智能體編隊控制研究
關鍵字:通信
摘要:對多智能體編隊執行結點擴展、集結、分離等操作后,保持編隊隊形穩定的問題進行研究。利用代數圖論為研究工具,介紹了剛性圖和較小剛性圖的概念,基于剛性圖理論對多智能體編隊操作進行形式化描述和數學建模,重點研究了結點增減、編隊集結、分離等操作下編隊剛性保持的條件,并給出保持編隊剛性的理論證明。采用編隊控制的形式化建模方法,可對進一步深入編隊隊形控制算法以及控制器的設計等問題提供編隊操作的形式化表達,具有一定的借鑒意義。
關鍵詞:多智能體;剛性圖;較小剛性圖;編隊控制
中圖分類號:TP273 文獻標志碼:A
1 引 言
在多智能協同執行任務過程中,多智能的編隊隊形控制是關注與研究的關鍵問題之一[1-2]。例如:無人機編隊飛行中遇到突發障礙時會進行編隊解散,通過障礙后再進行編隊重聚;衛星群組在對目標進行協同偵察時,通過隊形控制進行衛星群位姿調整,確保對目標的準確定位。此外,由于通信干擾、控制失效等意外情況,導致通信拓撲結構的變化。為保證信息傳遞,要對多智能體間的通信鏈路進行重構,這也屬于編隊控制需要解決的問題。
目前關于編隊控制已經有了很多研究成果,CaoZQ等[3]基于行為方式的編隊控制,利用遺傳算法決定控制權重,選擇合適的行為響應來保持編隊和障礙物回避;ReifJH等[4]則利用改進的社會電勢場方法來應對編隊中出現的單智能體失效和傳感器輸入信息不完整的情況。但是,這些研究主要關注的是保持編隊的穩定性,對于編隊具體操作(如集結、分散、重構等)的形式化建模研究較少。BrianDO等[5-6]采用剛性圖理論對編隊操作進行了概念描述,RezaOS等[7]主要對集結問題進行了形式化的建模分析。
本文在介紹剛性圖理論的基礎上,針對結點擴展、集結、分散等典型編隊隊形控制操作,在二維空間中進行形式化建模,并給出保持編隊剛性的理論證明,為編隊控制、穩定性分析等問題的深入研究建立了基礎。
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