[发明专利]一种异质多智能体系统输出一致性教学系统及方法

说明书

本发明涉及一种异质多智能体系统输出一致性教学系统及方法，包括硬件部分和软件部分；硬件部分包括四个智能体、一个LCD显示屏、一个路由器、两个电源、两个操纵杆；软件部分包括电机转速测量部分、智能体通讯部分、操纵杆操纵部分以及电机转速控制部分；本发明可以在将电机转速控制稳定的基础上，演示四个节点的任意拓扑链接结构下四个电机转速的变化情况，还可以演示切换拓扑链接下的四个电机转速的变化情况，结合简单，实现方便，且清晰、明了、易懂。

技术领域

本发明涉及一种异质多智能体系统输出一致性教学系统及方法，属于控制技术领域。

背景技术

复杂性科学(complexity science)是当代科学发展的前沿领域之一，以复杂系统和复杂性为研究对象，揭示和解释复杂系统的运行规律。作为复杂性科学的重要研究问题之一，多智能体系统(multi-agent system，MAS)近年来已经成为有关系统和控制领域的一个热点研究问题。由于其重要的研究意义和宽广的工程实践应用价值，受到国内外众多领域的学者和工程师的关注。

多智能体系统是一个基于工程实践提出的较新和前沿的概念，涵盖了多种学科和研究领域。而基于多智能体系统衍生的协调控制则是自动控制领域的新生力量，其能以最优方案解决分布式控制问题。但是目前还没有一套设备验证并演示异质多智能体一致性理论。

本发明采用嵌入式开发的手段，将多智能体系统一致性协议和协同控制算法融入到以Arduino为载体的电子控制器内，并选用小型电机作为控制对象，以路由器和网络协议实现通讯拓扑，设计了一种异质多智能体系统输出一致性教学系统及方法。

Arduino是开源电子原型开发平台，其软硬件设计资料全面开放。里面已有的集成块，类似于Java、C语言的开发环境，可以自定义编写和修改，使其具有使用简单、易上手等特点；Arduino使用的是低价微处理器(ATmega8或ATmega128)，可以采用USB接口直接供电，或外接低压直流电源。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种异质多智能体系统输出一致性教学系统和方法，达到了验证和演示异质多智能体一致性算法的目的，这种教学系统实现方便，可以清晰、明了、易懂的演示异质多智能体一致性算法。

本发明技术解决方案：一种异质多智能体系统输出一致性教学系统，其特征在于包括硬件部分和软件部分；硬件部分包括四个智能体、一个LCD显示屏、一个路由器、两个电源、两个操纵杆；软件部分包括电机转速控制模块、电机转速测量模块以及智能体之间通讯模块；

硬件部分中，四个Arduino UNO控制器和四个电机组成四个智能体，作为演示对象，演示四个节点的任意拓扑链接结构及拓扑之间的切换情况包括四个电机的转速变化情况和最终是否根据输出一致性协议达到输出一致；LCD显示屏用来显示四个智能体的转速信息以及一些其他需要显示的信息，包括当前拓扑链接的代号；路由器作为四个智能体相互交换信息的通讯平台，使四个智能体之间相互交换信息；两个电源分别给路由器和四个智能体供电；两个操纵杆给出切换拓扑链接模式的指令；

软件部分中，电机转速测量部分采用光电传感器。光电传感器输出脉冲信号，脉冲频率和转速成正比，根据脉冲频率计算得到电机的转速；智能体通讯部分中，每个智能体通过路由器向全地址广播各自的转速信息，且每个智能体都接受邻居智能体发送的信息，根据需要选择采用或忽略某些特定信息；操纵杆给出切换指令，选取不同的拓扑链接模式，并且根据不同的拓扑链接模式达成相应的一致性协议，从而实现不同的定拓扑链接或切换拓扑链接；电机转速控制部分采用了PID控制器，将前向通道的转速信号反馈回来与一致性协议中的期望转速比较，以比较的差值作为误差信号，将这个误差信号输入给PID控制器，在短时间内达到期望输出转速。最终多智能体根据一致性协议达到输出一致。