生命群集協(xié)調(diào)行為模型的改進及同步控制研究.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)、計算機科學(xué)以及社會科學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家逐漸開始對生命群集的協(xié)調(diào)運動現(xiàn)象產(chǎn)生出興趣。生命群集是對現(xiàn)實世界中的生物群體（如魚群、鳥群、蟻群）和人工群體（如機器人群、無人飛行器機群）的一種高度抽象，它由大量相互作用的智能體組成，而每個智能體都遵循相同的控制規(guī)則。生命群集運動中讓人驚嘆的地方在于個體之間簡單的控制規(guī)則卻能夠產(chǎn)生出極為復(fù)雜的群集運動形式。數(shù)值模擬和解析求證是目前在生命群集協(xié)調(diào)運動研究領(lǐng)

2、域主要采用兩種研究方法。
　　 本文詳細分析了五個典型的生命群集協(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以上模型在速度同步方法、逃避捕食者策略和低代價環(huán)繞運動的實現(xiàn)等方面進行了擴展研究。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，同時還解決了高噪聲環(huán)境下群集個體難以

3、實現(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體生存頻率的關(guān)系，這一結(jié)果對生物學(xué)上的相關(guān)研究具有積極的啟示。在對α-lattice模型和最小模型研究的基礎(chǔ)上，本文提出了一個能夠?qū)崿F(xiàn)個體速度自適應(yīng)同步并防止碰撞的新模型。通過嚴格的理論分析，給出了該模型中的群集個體速度達到同步的充分條件。以新模型為平臺進行擴展，設(shè)計出了針對簡單障礙物的避障機制和線性運動目標的跟蹤策略，使得該模型具有更廣