[发明专利]一种多智能体编队防碰撞控制方法及系统

说明书

本发明实施例提供一种多智能体编队防碰撞控制方法及系统。该方法包括：基于虚拟主智能体的加速度、多智能体动态邻接矩阵元素、第一智能体与期望轨迹的速度误差、第一智能体与期望轨迹的位置误差、第二智能体与期望轨迹的速度误差和第二智能体与期望轨迹的位置误差构建编队控制器，由编队控制器控制若干智能体完成编队任务；基于势场函数、第一智能体速度、第一智能体与第二智能体间距和智能体最小安全半径构建防碰撞控制器，由防碰撞控制器实现若干智能体的防碰撞任务。本发明实施例通过将碰撞锥思想和人工势场思想应用于多智能体编队防碰撞策略，同时利用智能体位置和速度信息，能够准确判断有无碰撞危险，并将速度引入势场函数进行主动补偿。

技术领域

本发明涉及工程控制技术领域，尤其涉及一种多智能体编队防碰撞控制方法及系统。

背景技术

随着网络化技术和计算机技术的发展，控制理论中被控对象从传统的单个设备演变为由多个设备相互关联组成的复杂大系统，而且目标任务的复杂性和难易度，远远超出了单个设备的能力范围，往往需要多个设备协同参与完成指定任务，则以多智能体系统为对象的理论研究和技术得到了快速的发展。

多智能体编队作为多智能体领域中一个重要方向，理论研究和实际应用都取得了丰硕的成果，然而随着编队任务的复杂性和智能体数量的增多，导致碰撞的危险因素也随之增多。特别地，碰撞发生一般有以下几种情形：1)初始位置到编队形成过程中发生碰撞。2)编队形式变换的过程中发生碰撞。3)智能体突遇障碍物后为躲避障碍物而导致智能体间发生碰撞。4)智能体失去正常感知和通讯能力或者其他故障发生时导致碰撞。目前应用较为普遍的是基于人工势场法的防碰撞策略，该类策略可通过合理设计势场函数实现防碰撞功能，但其中人工势场半径的选取相对较难。选取过大时，虽然保证了安全性，但编队跟踪误差会因为虚拟排斥力的作用而增大，降低了编队跟踪性能；选取过小，就会降低系统安全性。分布式预测控制方法通过考虑智能体间距离约束也可解决防碰撞问题，但在高速或者随机干扰存在的情况下，再加上预测控制本身大量占用计算资源，系统安全性得不到保障。综上所述，目前解决多智能体编队防碰撞问题的方法主要存在以下不足：1)在传统人工势场防碰撞策略作用下，当智能体间距离小于势场半径时，智能体即受到虚拟的排斥力，而不考虑智能体的速度方向，实际情形中智能体即使在势场范围内也无碰撞危险，无须给予虚拟排斥力；2)现有的防碰撞势能函数设计仅利用了智能体的位置信息，对于碰撞危险来说相对滞后；3)在传统人工势场防碰撞策略作用下，当智能体间距离小于势场半径时，不能保持例如并行一字编队运动状态，很明显，此时无碰撞危险，如图1所示；由于上述局限，大大限制了多智能体编队形式，并且降低了编队跟踪精度，增加了控制成本。

发明内容

本发明实施例提供一种多智能体编队防碰撞控制方法及系统，用以解决现有技术中没有考虑智能体的运动方向，对危险判断不准确，并且识别危险相对滞后，或者在无碰撞危险时虚拟势场力的存在又使得编队跟踪精度下降等问题。

第一方面，本发明实施例提供一种多智能体编队防碰撞控制方法，包括：

基于虚拟主智能体的加速度、多智能体动态邻接矩阵元素、第一智能体与期望轨迹的速度误差、第一智能体与期望轨迹的位置误差、第二智能体与期望轨迹的速度误差和第二智能体与期望轨迹的位置误差构建编队控制器，由所述编队控制器控制若干智能体完成编队任务；

基于势场函数、第一智能体速度、第一智能体与第二智能体间距和智能体最小安全半径构建防碰撞控制器，由所述防碰撞控制器实现若干智能体的防碰撞任务；

由所述编队控制器和所述防碰撞控制器构建多智能体编队总体控制器。

优选地，所述编队控制器，具体包括：