[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

说明书

本发明公开了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，包括步骤如下：S1：确定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，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：根据控制律进行多智能体集群运动控制，并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。本发明由于控制律设计较为简单，需要人为调节的参数较少，因此适用于大规模多智能体集群的自主队形控制。

技术领域

本发明涉及多智能体集群运动控制领域，也适用于机器人、无人机或航天器集群运动控制，尤其涉及大规模多智能体集群生成球面构型的运动控制方法。

背景技术

多智能体集群编队运动控制是多智能体集群运动控制中的一个重要研究方向，其典型应用场景包括航天器/无人机集群编队形成与保持，地面上大型物资的协同搬运等等。但传统的编队运动控制依赖于各智能体期望位置的实时精确设定，这在集群个体数较为庞大、实际运动场景发生复杂变化等情况下会变得较为困难。受生物集群中的行为协同机制、自然界中物质扩散机制等的启发，人们设计了一些基于行为的多智能体编队运动控制方法。如沈林成等人基于拟态物理法为无人机集群设计运动控制律，使得无人机集群仅依赖局部信息即可形成均匀分布的环形编队构型。李维等人研究了球面上的多智能体运动控制问题，通过合适的吸引力与排斥力设计，使得智能体集群实现会合(rendenvous)、均匀分散(uniform deployment)等运动行为。但此类方法在三维甚至更高维空间中的集群运动控制问题中缺乏相关研究，或者普遍存在控制律形式复杂的缺点。在实际应用中，有些任务对智能体集群编队构型的精度并没有太高要求，如对空间物体的捕获、地面大型物资的协同运输等任务，或者面对大规模集群运动控制问题，需要控制律的设计以及参数选取方法较为简单，同时使得集群具有较灵活、适应复杂多变环境的运动特性。因此，有必要设计一种较为简单的控制律，实现多智能体集群三维构型的自主形成。

发明内容

本发明的目的在于为多智能体集群对指定目标位置生成均匀球面分散构型提供一种较为简便的控制方法，从而解决现有技术中多智能体集群编队控制依赖于精确位置确定、灵活性较差的问题。

为了解决上述问题，本文采用的技术方案如下：

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，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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，所述初始状态量包括集群各智能体i的位置量和速度量。

作为本发明的进一步改进，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。