[发明专利]一种离散多智能体系统的编队控制方法

说明书

本发明公开了一种离散多智能体系统的编队控制方法，所述方法包括以下步骤：利用图论的知识描述智能体之间的通信关系；用网络化预测控制方法，主动补偿通讯时滞；提出离散多智能体系统的分布式编队控制协议的设计方法；利用矩阵论和Lyapunov稳定性理论分析多智能体系统的一致性，并在此基础上实现多智能体系统的编队控制；用MATLAB进行数值仿真，验证理论结果的有效性。本发明解决了无通信时滞的离散时间异构多智能体系统的编队控制问题和具有相同定常通信时滞的离散时间异构多智能体系统的编队控制问题，具有很高的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及一种离散多智能体系统的编队控制方法。

背景技术

多智能体系统在20世纪80年代后期成为分布式人工智能研究中的主要研究对象。研究多智能体系统的主要目的是期望功能相对简单的智能体之间进行分布式合作协调控制，最终完成复杂任务。相比于单个智能体，多智能体系统，尤其是分布式多智能体系统，具有很多明显的优点。例如：具有分布式的感知与执行器，以及内在的并行性；具有较大的冗余，比起单个智能体具有更好的容错性和鲁棒性，能够更高效的完成任务；完成同样任务的多智能体系统，一般成本低廉，比起单个性能优良但是成本昂贵的智能体更具有经济效益等。因此，近些年来多智能体系统已经发展成为控制领域和机器人领域的重要研究方向。

在多智能体分布式协调合作控制问题中，一致性问题作为智能体之间合作协调控制的基础，具有重要的理论价值和现实意义。所谓一致性是指随着时间的推移，一个多智能体系统中所有智能体的某一个状态趋于一致。而一致性协议是智能体之间相互作用、传递信息的规则，它描述了每个智能体和与其相邻的智能体的信息交换过程。一致性研究重点主要集中在对一致性协议模型的设计分析、一致性协议的收敛、平衡状态和应用分析。目前主要采用矩阵论方法和Lyapunov方法进行一致性协议的收敛分析，使用图论来进行平衡状态分析。一致性问题的研究发展迅速，包括生物科学、物理科学、系统与控制科学、计算机科学等各个领域都对一致性问题进行了不同层面的分析研究。

近年来随着对多智能体系统关于一致性问题的深入研究，衍生出很多研究方向。其中编队控制作为多智能体系统一致性问题的重要应用，成为当前控制学科的一个热点问题。编队控制是指多个智能体组成的团队在向特定目标或方向运动的过程中，相互之间保持预定的集合形态(即队形)，同时又要适应环境约束(例如避障)的控制问题。编队控制的应用十分广泛，在工业、军事、航空、社会等领域拥有很好的前景。在军事领域，通过无人战斗机的协调控制有效加强了部队的作战能力、攻击性和防御力；在航天领域，通过采用卫星群代替单个卫星对星体表面进行成像，有效提高了系统的灵活性、成像精度和质量。正是这种广泛的应用前景吸引着越来越多的研究者们投入到对多智能体系统编队控制的研究当中，从而也使得对于多智能体系统编队控制的研究具有很大的理论价值和指导意义。

本课题是在了解了多智能体系统一致性问题和基于一致性协议的编队控制问题的研究现状的基础上，运用图论的相关知识，利用网络化预测控制方法，设计一致性协议并把它用于编队控制中来解决多智能体系统编队控制方面的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离散多智能体系统的编队控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种离散多智能体系统的编队控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤(1)，利用图论的知识描述智能体之间的通信关系；

步骤(2)，用网络化预测控制方法，主动补偿通讯时滞；

步骤(3)，提出离散多智能体系统的分布式编队控制协议的设计方法；

步骤(4)，利用矩阵论和Lyapunov稳定性理论分析多智能体系统的一致性，并在此基础上实现多智能体系统的编队控制；

步骤(5)，用MATLAB进行数值仿真，验证理论结果的有效性。