多智能体系统的包围控制问题研究

作     者：鲍一民 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：史莹晶

授予年度：2018年

学科分类：12[管理学] 0711[理学-系统科学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 07[理学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 071102[理学-系统分析与集成] 081103[工学-系统工程] 

主      题：多智能体系统 包围控制 Lyapunov稳定性定理 估计器 

摘      要：近年来,随着多智能体技术的迅速发展,多智能体系统协调控制在生活、工业、航天等领域有着越来越广泛的应用,比如无人飞机编队、地面机器人集群、地理勘测、联合救援、联合打击等等,因此多智能体系统协调控制引起了大量专家与学者的巨大研究兴趣与关注。包围控制问题属于多智能体系统协调控制中的一个常见问题,是指一个或多个智能体利用分布式网络信息和通过局部信息交流来设计控制协议,实现对特定范围内目标的包围。因此,本文针对多智能体系统对目标的包围控制问题进行研究,主要研究内容如下:当智能体在二维空间环境中运动时,考虑二阶多智能体系统对目标的包围控制问题。此处的包围指智能体能够以期望的半径环绕目标运动。在二维空间环境中,选取常见的两轮差分驱动式移动机器人作为移动智能体。在智能体仅能获取与目标之间的方位角信息的情形下,分别控制智能体的角速度和线速度设计了相应控制器,实现了单个和多个智能体对单个目标的包围控制。最后在Matlab环境中通过数值仿真,验证了所提出算法的有效行和可行性。当智能体在三维空间环境中运动时,考虑二阶多智能体系统对多个目标的包围控制问题。此处的包围指智能体的编队形状与目标的编队形状相似,同时智能体与目标之间保持一定的高度,并且智能体形成的包围空间范围大于目标形成的空间范围。选取二阶积分器质点模型作为智能体运动学模型,当智能体在三维空间运动时,分别考虑待包围目标为静止状态和运动状态两种应用场景。当待包围目标静止时,假设系统中的智能体仅能获得有限的局部信息,即智能体与它相邻目标之间的距离信息,而无法获取目标的具体位置。因为目标位置信息未知,首先设计目标位置估计器对系统中每个目标位置进行估计,进而设计目标几何中心估计器,然后在两者的基础上设计了包围控制算法,实现了对多个静态目标的包围控制。当被包围目标处于移动状态时,假设系统中的智能体能够获取邻近目标的所有信息,首先设计估计器实现了对目标几何中心的估计,然后在该估计器的基础上提出了包围控制算法,实现了对多个移动目标的包围控制。最后在Matlab环境下通过数值仿真,验证了所提出算法的有效行和可行性。