[发明专利]一种具有连通性保持的多智能体系统协同控制方法

摘要

本发明提供了一种具有连通性保持的多智能体系统协同控制方法，多智能体系统开始运动后，在任意时刻t，当智能体根据与其他智能体的彼此连通情况检测到所在多智能体系统被分割为彼此不相连的2个或2个以上的连通子系统时，根据预定的推举策略确定自身所在连通子系统是领航子系统还是伴随子系统，并通过与连通子系统中其他智能体的通信推举本连通子系统的领导者，领航子系统中的领导者称为虚拟领航者，伴随子系统中的领导者称为伴随者，在虚拟领航者与每个伴随者之间建立长程连接；各智能体根据自身的角色确定σi(t)的值，采用控制率的表达式对自身实时控制。本发明解决了目前多智能体系统协调控制方法中无法保持连通性的问题。

主权项

1.一种具有连通性保持的多智能体系统分布式协同控制方法，适用于采用双积分连续时间模型描述的智能体所构成的多智能体系统；其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：设计群集控制规则：①设任意时刻，多智能体系统被分割为彼此不相连的2个或2个以上的连通子系统，连通子系统为单个智能体或为彼此连通的至少2个智能体组成的集合；其中一个连通子系统定义为领航子系统，其他连通子系统定义为伴随子系统；从领航子系统中推举出一个虚拟领航者，从每个伴随子系统中推举出一个伴随者；在虚拟领航者和每个伴随者之间建立长程连接，所述长程连接采用远程短时通讯手段；每个连通子系统内部的各智能体之间采用内部连接彼此连通，该内部连接采用近距离持续通讯手段，其允许的感应信息能力范围为R；②设计所述长程连接的势能函数和所述内部连接的势能函数；设V_il表示虚拟领航者l与作为伴随者的智能体i之间的长程连接势能函数，V_ij表示连通子系统内智能体i和智能体j之间的内部连接势能函数；V_il的设计满足如下条件：V_il是||x_il||的函数，||x_il||为长程连接两端虚拟领航者l与伴随者之间的相对距离；当||x_il||为d时，V_il的值最小；当||x_il||趋近0或者无穷大时，V_il的值趋于无穷大；并且考虑，当||x_il||从0向d变化时，V_il的变化率为负；当||x_il||从d向无穷大变化时，V_il的变化率为正；其中，d是预设的智能体系统中彼此连通智能体间的期望距离；V_ij的设计满足如下条件：V_ij是||x_ij||的函数，||x_ij||为内部连接两端智能体i和智能体j之间的相对距离；当||x_ij||大于R时，V_ij的值为常数；当||x_ij||趋近于0或R时，V_ij的值趋于无穷；当||x_ij||达到d时，V_ij达到唯一的最小值；并且考虑，当||x_ij||从0向d变化时，V_ij的变化率为负；当||x_ij||从d向R变化时，V_ij的变化率为正；③结合两个势能函数设计智能体的控制率；要求所有智能体在保持期望队形的同时达到一致的速度，则期望智能体i和j之间的相对速度趋近于0，并且期望智能体i和j之间的相对距离趋近于d，则智能体i的控制率u_i设计如下：其中，表示对“g”求“*”的偏导，N_i(t)是在t时刻与智能体i通过内部连接通信的所有通信邻居集合；σ_i(t)表示角色选择因子，当智能体i为伴随者时，σ_i(t)＝1，当智能体i为非伴随者时，σ_i(t)＝0；v_i，v_j，v_l分别为智能体i、j和虚拟领航者的实时速度；步骤二：多智能体系统开始运动后，在任意时刻t，当智能体根据与其他智能体的彼此连通情况检测到所在多智能体系统被分割为彼此不相连的2个或2个以上的连通子系统时，根据预定的推举策略确定自身所在连通子系统是领航子系统还是伴随子系统，并通过与连通子系统中其他智能体的通信推举本连通子系统的领导者，领航子系统中的领导者称为虚拟领航者，伴随子系统中的领导者称为伴随者，在虚拟领航者与每个伴随者之间建立长程连接；各智能体根据自身的角色确定σ_i(t)的值，采用控制率u_i的表达式对自身实时控制；并且，各伴随者实时监测自身与虚拟领航者之间的距离，当伴随者a与虚拟领航者与之间的距离超过R时，保持伴随者a与虚拟领航者之间的长程连接，否则，取消伴随者a与虚拟领航者之间的长程连接，以及虚拟领航者和伴随者的角色扮演。