基于網(wǎng)絡(luò)一致性的多智能體跟蹤控制
徐德剛，桂衛(wèi)華
（中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410083）
摘 要：基于動態(tài)網(wǎng)絡(luò)一致性理論，研究外邵向量場變化情況下的分布式多智能體的隊形保持和跟蹤控制問題、利用鄰近多智能體間共享的信息，智能體以-致協(xié)商的合作方式既控制自身運動軌跡，同時又保持了一定的隊形．針對多智能體之間形成的最近鄰耦合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M行分析后，提出了多智能體一致性動態(tài)控制律的設(shè)計方法，可方便地對系統(tǒng)的極點進行配置。還提出了一種利用分散的隊形控制分解中心****者作用的方法，并給出了系統(tǒng)穩(wěn)定性的條件。研究結(jié)果顯示，隊形穩(wěn)定性問題僅受到通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響，可以通過分解降階的系統(tǒng)解決，而向量場的特性只影u向系統(tǒng)跟蹤性能。仿真例子顯示了方法的正確性。
關(guān)鍵詞：多智能體；一致性；網(wǎng)絡(luò)；隊形；跟蹤控制
中圖分類號：tp 27 文獻標(biāo)識碼ia
1引言
在許多工業(yè)領(lǐng)域中多智能體系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，其中，尤為關(guān)鍵的技術(shù)是多智能體在作業(yè)和運動過程中保持一定隊形的方法。到目前為止，隊形控制問題已在機械裝配、石油化工檢測等領(lǐng)域礙到應(yīng)用。研究隊形控制的方法也大致有三種4：跟隨****者法、基于行為法、虛擬結(jié)構(gòu)法：其中，跟隨****者法的應(yīng)用最為引人注日。在多智能體組成的群體中，某個智能體被指定為****者，其余作為它的跟隨者，這些跟隨者以一定的距離問隔跟蹤****智能體、根據(jù)****者與跟隨者之問的相對位置關(guān)系，就可形成不同的隊形，該隊形可看作宏觀上不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。韓學(xué)東等研究的跟隨****者多智能體系統(tǒng)中，根據(jù)智能體之間的不同拓?fù)湮恢藐P(guān)系．設(shè)計了適用于不同情況的控制器，并探討了編制隊形問題，但其未涉及復(fù)雜外部環(huán)境的隊形保持問題。本文考慮復(fù)雜外部環(huán)境下由一個****者和多個智能體組成的系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)一致性理論，研究復(fù)雜條件下的多智能體跟隨****者問題。主要研究在可測的向量場（例如溫度場或磁力場等）中多智能體系統(tǒng)的跟蹤問題，并進一步獲取多智能體測量局部向量場及其他智能體交互各自的測量信息，從而解決基于共享信息的多智能體互相}辦作控制和各自運動軌跡的問題。此外，為了系統(tǒng)達到穩(wěn)定，還討論了具體的多智能體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的跟蹤問題和動態(tài)控制律的設(shè)計方法。
2基于一致性的多智能體隊形保持的跟蹤控制
1)問題描述智熊體通過通信與其他智能體進行信息交互并獲取到更大范圍內(nèi)的環(huán)境信息，有利于做出正確決策。考慮到智能體感知和通信能力的有限性，為了更好地對多智能體系統(tǒng)的隊形保持和控制進行研究，有必要借助于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一些理論進行研究，其原因在于：如果每個智能體被看作是網(wǎng)絡(luò)中一個節(jié)點，智能體之間的感知和通訊關(guān)系看作為邊，那么多智能體的隊形就可看作一個網(wǎng)絡(luò)，即耦合拓?fù)淇煞奖愕赜梢粋�簡單網(wǎng)絡(luò)來表示。由于單個智能體通信能力的限制，在執(zhí)行共同任務(wù)的多智能體組中，一致協(xié)商起到重要的作用。為了達到信息一致，必須存在共享變量和采用基于此變量的一致協(xié)商算法。多智能體隊形的變化，即多智能體間通訊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，對多智能體間信息的一致協(xié)商速度產(chǎn)生重要的影響：
本文以編隊保持和一致性協(xié)商問題研究為基礎(chǔ)，融合****者的信息，建立多智能體的數(shù)學(xué)模型，并進行控制器沒計。在設(shè)計中，假設(shè)每個智能體有一個局部觀測器，基于各局部觀測器的測量值和其他智能體提供的共享信息，可估算空間的向量場平均值。此外，為降低控制器設(shè)計的復(fù)雜性且保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本文還提出了一種利用分散的隊形控制來分解中心****者作用的方法。
2)多智能體模型描述考慮ⅳ個智能體，縛個智能體的動態(tài)方程為
將上述動態(tài)方程表示為如下線性系統(tǒng)：
式中，x∈rn表示智能體的狀態(tài)；ui∈rm表示控制輸入；yi∈rk為內(nèi)部狀態(tài)的測量值。
| 
