[发明专利]一种基于行为的领航者-跟随者多智能体队形控制方法

权利要求书

1.本发明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，本发明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

                                                                         (1)

                  (2)

    控制的最终目标为：，

    把控制策略定为

                            (3)

                            (4)

其中和是给定的比例系数，式（1）~（4）可以得到控制变量为

                    (5)

               (6)

    考虑到的限制，控制变量为

            (7)

              (8)

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，智能体，相对于参考智能体的相对参数为，则

    (9)

 (10)

其中为参考智能体的指向，为智能体的指向，，分别是队形要求中相对于参考智能体的理想距离和方位角，控制的最终目标为：

                              

                              (11)

                             (12)

将公式（11）和（12）带入之前上面的式中，求得控制变量

                     (13)

                   (14)

其中

    同样考虑到的限制，控制变量为

        (15)

          (16)

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离：，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，那么本发明让智能体保持现有的速度和指向，系统的控制变量为且，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

         (17)

其中，和为给定的常数，、、分别为编队前方、左前方、右前方与障碍物之间的距离。