[发明专利]一种多智能体集群对指定目标位置的均匀球面分散控制方法

权利要求书

1.一种多智能体集群对指定目标位置的均匀球面分散控制方法，其特征在于，包括步骤如下：

S1：确定多智能体集群运动所处的三维空间直角坐标系，以及所应满足的动力学模型；

S2：获得集群智能体的个数，包括目标位置在内的集群通信网络拓扑，以及各智能体在指定坐标系下的初始状态量；

S3：获得多智能体集群所需生成的目标构型参数；

S4：根据智能体集群的当前运动初始状态量以及目标构型参数，为每个智能体设计控制律，并确定控制律的参数取值；

S5：根据所设计的控制律，进行多智能体集群运动控制，并根据具体需要，以某一终止时刻或集群状态量稳定在一定误差范围内为终止条件；

S6：判断集群运动形成的构型是否满足要求，若不满足则根据S4重新进行参数调整；

所述目标构型参数包括目标构型的中心位置和目标构型半径；

所述S4中的控制律具体包括群集力、阻尼力、个体间排斥项和目标位置排斥项四项，每个智能体的运动设计如下形式的控制律：

第一项称为群集力，第二项称为阻尼力，第三项称为个体间排斥项，第四项称为目标位置排斥项，其形式分别为

其中，ξ_i(t)和ζ_i(t)分别表示t时刻下智能体i的位置坐标和速度坐标，ξ_t(t)表示t时刻下智能体i的期望位置坐标，即目标构型中心位置；a_ij表示个体i与j之间的通信关系，b为目标状态量比例系数，V_ij为集群个体i与j间的排斥势函数，V_it为集群个体i与目标间的排斥势函数，c、γ、k、k₀分别为群集力系数、阻尼力系数、个体间排斥力系数以及个体与目标位置间排斥力系数。

2.根据权利要求1所述的一种多智能体集群对指定目标位置的均匀球面分散控制方法，其特征在于，多智能体均采用质点模型，各智能体运动状态量仅考虑指定空间直角坐标系下的三维位置坐标和三维速度坐标，共6个状态分量，不考虑智能体的加速度，也不考虑智能体的姿态及其变化率。

3.根据权利要求1所述的一种多智能体集群对指定目标位置的均匀球面分散控制方法，其特征在于，所述初始状态量包括集群各智能体i的位置量和速度量。

4.根据权利要求1所述的一种多智能体集群对指定目标位置的均匀球面分散控制方法，其特征在于，所述S2中集群通信网络拓扑包括目标位置，并且要求具有有向生成树结构，同时各智能体均能明确测得阈值范围内的邻近个体位置，并不要求所有个体之间存在直接通信关系。

5.根据权利要求4所述的一种多智能体集群对指定目标位置的均匀球面分散控制方法，其特征在于，所述阈值范围D_o为集群智能体之间的排斥作用力距离检测阈值，可按如下公式取值

其中，r_d为目标球面构型半径，n为集群智能体的个数。

6.根据权利要求1所述的一种多智能体集群对指定目标位置的均匀球面分散控制方法，其特征在于，所述控制律最终球形构型为：

其中r为集群最终稳定构型的半径，D_ot为集群智能体与目标位置间的排斥作用力距离检测阈值；F_p(n,r,k)表示各个智能体所受其他个体的排斥力之和的大小，由智能体集群在球面上均匀分散的数值仿真结果得到近似公式为