生命群集協(xié)調(diào)行為模型的改進(jìn)及同步控制研究.pdf

1、近幾十年來，來自物理學(xué)、生物學(xué)、數(shù)學(xué)、控制科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家逐漸開始對(duì)生命群集的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生出興趣。生命群集是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的生物群體（如魚群、鳥群、蟻群）和人工群體（如機(jī)器人群、無人飛行器機(jī)群）的一種高度抽象，它由大量相互作用的智能體組成，而每個(gè)智能體都遵循相同的控制規(guī)則。生命群集運(yùn)動(dòng)中讓人驚嘆的地方在于個(gè)體之間簡單的控制規(guī)則卻能夠產(chǎn)生出極為復(fù)雜的群集運(yùn)動(dòng)形式。數(shù)值模擬和解析求證是目前在生命群集協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)研究領(lǐng)

2、域主要采用兩種研究方法。
　　 本文詳細(xì)分析了五個(gè)典型的生命群集協(xié)調(diào)行為模型，包括Vicsek模型、A/R模型、Three-Circle模型Circular Motion模型以及恐慌群集行為模型并對(duì)以上模型在速度同步方法、逃避捕食者策略和低代價(jià)環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行了擴(kuò)展研究。將部分通信和濾波的思想引入Vicsek模型后，仿真結(jié)果顯示可以達(dá)到幾乎與完全通信相同的同步效果并且有助于群集的凝聚，同時(shí)還解決了高噪聲環(huán)境下群集個(gè)體難以

3、實(shí)現(xiàn)同步的問題。在Three-Circle模型中加入捕食者后，發(fā)現(xiàn)了模型同步區(qū)寬度的變化速率與群集個(gè)體生存頻率的關(guān)系，這一結(jié)果對(duì)生物學(xué)上的相關(guān)研究具有積極的啟示。在對(duì)α-lattice模型和最小模型研究的基礎(chǔ)上，本文提出了一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)體速度自適應(yīng)同步并防止碰撞的新模型。通過嚴(yán)格的理論分析，給出了該模型中的群集個(gè)體速度達(dá)到同步的充分條件。以新模型為平臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計(jì)出了針對(duì)簡單障礙物的避障機(jī)制和線性運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤策略，使得該模型具有更廣