[发明专利]一种多智能体同步问题的优化方法

说明书

技术领域：

本发明涉及复杂系统当中的机器人领域，更具体的说，涉及一种多智能体同步问题的优化研究。

背景技术：

在多个机器人组成的复杂系统当中，子系统之间互相依赖也互相协助，因而设计起来非常复杂。多智能体技术在机器人设计当中起到了非常重要的作用。Lane等设计了单个机器人的多智能体系统采用实时黑板智能体作为框架的核心，实现了分布式黑板结构，并采用分布式问题求解、实时知识库及实时推理技术，以提高机器人的实时响应速度，该机器人已成功地应用于自主式水下车辆的声纳信号解释。在多机器人系统中，当多个机器人同时从事同一项或多项工作时，很容易出现冲突。利用多智能体技术将每个机器人作为一个智能体建立多智能体机器人协调系统可实现多个机器人的相互协调与合作完成复杂的并行作业任务。其中，研究机器人的同步协作是非常重要的。

在对众多机器人的工程应用研究当中，1995年Vicsek等人提出了在简单规则下多智能体系统从无序运动到有序的Vicsek模型，该模型成为多智能体同步问题的一个基础模型。

对众多机器人所组成的复杂网络的研究表明，现实中的各类网络在拓扑结构上通常具有非均质化的特点，即部分节点与网络中的大多数节点相连，具有很大的度。这类度大的节点对网络结构以及发生在网络上的动力学过程有很大的影响。由于Vicsek模型中个体影响区域相同、运动速率恒定，随着个体影响区域的非均质化，所形成的非均质网络更有利于系统达成一致，而通过对少数hub节点的控制，可使所有的节点都跟随hub节点的方向移动。另外，还引入自适应的速率调节机制，使得系统在个体运动速率较高的情况下仍能达成一致。

对于Vicsek模型，尽管个体的影响区域大小相同，但邻居个数是不同的。若用图(或网络)来描述每个个体与邻居之间的关系，则每个节点的度也会存在差异。随着个体影响区域的增大，虽然网络的结构会趋向均质化，但在实际的多个体系统中(如机器人队列或移动传感器网络)，基于成本、技术等原因的考虑，决定了个体影响区域的大小只能在一个有限的范围内变化。

随着网络通讯技术的成熟和软硬件技术的进步，人工多智能体机器人研究领域的应用逐渐兴起，如何根据局部信息来提高多智能体系统的同步性能，是该模型得以广泛应用的前提与基础，更重要的是，如何在含有噪音的情况下找到最优同步性能的优化方法。高建喜等人(高建喜陈卓，蔡云泽，许晓鸣.一种提高Vicsek模型收敛效率的新方法[J].控制与决策.2009，24(8)：1269-1272)采用加权的方法来缩短该系统达成同步所需的时间(收敛时间)和同步的程度。然而，该方法在很大程度上缩短了系统的收敛时间，但对同步性能的改进不大，在含有噪音的情况下更是无能为力。

发明内容：

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种多智能体同步问题的优化方法，能够较大程度的提高系统的同步性能，并在含有噪音的情况下找到最优同步条件。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多智能体同步问题的优化方法，包括如下具体步骤：

1.系统参数设置：根据系统的情况，给定智能体个数N，系统区域大小L，移动速度v₀，影响半径R以及噪音幅值η；

2.选定角度限定值θ_R，即优化参数；

3.初始条件：N个自治的个体以相同的速率在L×L的平面上移动，在初始时刻，每个个体的横纵坐标都服从[0，L]均匀分布，且每个个体的方向都服从[0，2π)的均匀分布，记智能体i此时的位置为x_i(0)，角度为θ_i(0)，

4.初步确定角度：在t时刻，以智能体i为圆心，R为半径画圆，圆内的智能体都是其邻居，计算其邻居包括自己的方向的平均值即