多智能體機(jī)器人協(xié)調(diào)控制研究及穩(wěn)定性分析.pdf

1、多智能體機(jī)器人的集合運(yùn)動(dòng)問題引起了不同領(lǐng)域研究人員的極大興趣．從物理學(xué)，生物學(xué)到計(jì)算機(jī)科學(xué)，再到控制科學(xué)，科學(xué)家們?cè)噲D弄明白，自主運(yùn)動(dòng)的生物體，比如鳥群，魚群，細(xì)菌群，人群，或人造自主移動(dòng)智能體，如何能夠在沒有集中協(xié)調(diào)的情況下，通過局部的協(xié)調(diào)聚集成編隊(duì)．這主要是由于多智能體機(jī)器人系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)協(xié)調(diào)控制、多機(jī)器人編隊(duì)控制、多智能體群集運(yùn)動(dòng)、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)、人造衛(wèi)星群位姿調(diào)整及通信網(wǎng)絡(luò)擁塞控制等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用．
　　 本文主要研究了

2、多智能體機(jī)器人的群集運(yùn)動(dòng)控制，多智能體機(jī)器人的一致性問題，多機(jī)器人編隊(duì)的非線性模型．具體內(nèi)容如下：
　　 對(duì)具有二次積分動(dòng)態(tài)模型的智能群體跟隨領(lǐng)航者取得群集運(yùn)動(dòng)編隊(duì)進(jìn)行了研究．
　　 通過建立智能群體相互作用或通信的圖論模型，提出了一類控制規(guī)則，使智能群體跟隨領(lǐng)航者取得群集運(yùn)動(dòng)．在固定和動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌謩e運(yùn)用傳統(tǒng)的Lyapunov穩(wěn)定性理論及非平滑分析理論進(jìn)行了穩(wěn)定性分析．
　　 對(duì)具有二次積分動(dòng)態(tài)的智能群體，

3、在有向網(wǎng)絡(luò)取得群集運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究．提出了一個(gè)分散控制方法對(duì)智能群體進(jìn)行分散控制．理論分析顯示，有向圖的弱連通性及一種稱為平衡圖的有向圖在系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析中扮演著關(guān)鍵角色．
　　 對(duì)具有質(zhì)點(diǎn)動(dòng)態(tài)模型的智能群體在高維空間取得群集運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究．基于智能群體兩個(gè)不同的中心(質(zhì)心及重心)提出了4個(gè)不同的控制規(guī)則使智能群體取得群集運(yùn)動(dòng)編隊(duì)．前2個(gè)控制規(guī)則是基于智能群體的質(zhì)心，其余2個(gè)則基于智能群體的幾何中心．引入了光滑的鄰接矩陣及光滑的勢(shì)

4、場(chǎng)函數(shù)來(lái)克服理論分析的困難．在某種合理的假設(shè)下，得以從理論上建立系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即：聚集、避免碰撞、速度匹配．
　　 提出了加權(quán)平均一致性的新概念．首先，對(duì)多智能體無(wú)向動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)取得全局加權(quán)平均一致性問題進(jìn)行了研究，提出了線性和非線性分布式協(xié)調(diào)控制規(guī)則以使多智能體系統(tǒng)取得加權(quán)平均一致性．其次，對(duì)多智能體有向網(wǎng)絡(luò)的一致性問題進(jìn)行了研究．基于一類分散協(xié)調(diào)控制器使多智能體網(wǎng)絡(luò)在固定和切換的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙〉萌譂u近加權(quán)平均一致性．從理論上證明了

5、有向網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)連通性及一類稱為平衡圖的有向圖在解決加權(quán)平均一致性問題中扮演著關(guān)鍵角色．
　　 對(duì)Ⅵcsek模型進(jìn)行了進(jìn)一步的討論．首先，對(duì)多智能體有向網(wǎng)絡(luò)取得漸近一致性進(jìn)行了研究．提出了多智能體協(xié)調(diào)的新規(guī)則—N近鄰規(guī)則，基于N—近鄰規(guī)則，應(yīng)用分布式控制器使得多智能體網(wǎng)絡(luò)取得漸近一致性．其次，基于簡(jiǎn)化的Vicsek模型，對(duì)自主移動(dòng)多機(jī)器人的集合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究．給出了自主移動(dòng)多機(jī)器人基于最近鄰規(guī)則在有向網(wǎng)絡(luò)的集合動(dòng)態(tài)行為的一個(gè)定性分析

6、．提出了多機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向收斂到同一方向的一個(gè)充分必要圖條件．互連圖有一個(gè)全局可達(dá)的結(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)的收斂性分析中扮演著關(guān)鍵角色．進(jìn)一步，如果該全局可達(dá)的結(jié)點(diǎn)沒有鄰接成員，則作為特殊情形，該結(jié)點(diǎn)充當(dāng)著群組的領(lǐng)航者．
　　 對(duì)多機(jī)器人編隊(duì)的一個(gè)非線性模型進(jìn)行了研究．提出了一種非線性滑?？刂破鳎瑓f(xié)調(diào)一組非完整移動(dòng)機(jī)器人以取得合乎要求的編隊(duì)．在合理的假設(shè)下，從理論上證明了存在有界干擾情形下機(jī)器人編隊(duì)的漸近穩(wěn)定性，即所提出的滑?？刂破魇沟孟鄬?duì)距