基于多智能體一致性的船舶編隊及避障研究.pdf

1、隨著科技的不斷進步，對于海洋的不斷探索與開拓，單船舶作業(yè)已經(jīng)不能滿足人類的需求，因此多船舶的協(xié)作問題日趨重要。而要解決多船舶協(xié)作問題，首要解決的便是多船舶編隊問題，本文以解決多船舶編隊問題為中心，從多船舶編隊拓展到多船舶編隊避障，在前人研究的基礎(chǔ)上改進了船舶編隊及避障控制方法，為解決多船舶協(xié)作問題提供了理論與仿真基礎(chǔ)。提出將一致性原理用于解決局部路徑規(guī)劃問題，通過改進一致性協(xié)議，解決了目標導(dǎo)向的船舶編隊及避障問題。
　　本文首先研

2、究編隊及避障控制的多種方法，并確定本文采用的方法主體，包括基于行為的控制法中矢量累加法、人工勢場法、一致性算法，并闡述幾種方法中需要應(yīng)用的基礎(chǔ)知識與基本概念，同時說明穩(wěn)定性原理，為后續(xù)穩(wěn)定性證明提供理論基礎(chǔ)。其次，根據(jù)二階多智能體系統(tǒng)模型，對多智能體一致性編隊及避障問題進行研究，研究主要由三部分組成：第一部分是編隊控制，將編隊控制函數(shù)加以改進，通過編隊控制令船舶達到預(yù)期編隊隊形；第二部分是一致性控制，選取合適的一致性協(xié)議，通過一致性控制

3、令多船舶在速度狀態(tài)達到一致；第三部分是避障控制，設(shè)計以斥力場為基礎(chǔ)的避障方法，通過避障控制令船舶在編隊運動過程中有效規(guī)避障礙物。將編隊控制、一致性控制與避障控制相結(jié)合，優(yōu)化了基于多智能體一致性的編隊及避障控制方法，并證明其穩(wěn)定性，分別進行在單一固定障礙物、單一移動障礙物和多固定障礙物環(huán)境條件下的仿真驗證。提出了一種判斷方法，用于判斷編隊是否達到預(yù)期編隊隊形，并以該方法作為評判何時達到預(yù)期編隊的準則。分析了外界干擾對多智能體系統(tǒng)一致性的影

4、響，根據(jù)這種影響，判斷在一致性控制下多智能體系統(tǒng)受到障礙物的影響。最后，通過對編隊及避障控制的深入研究，對以下兩個方面做出改善與創(chuàng)新。一方面改進避障環(huán)節(jié)，在原避障控制輸入基礎(chǔ)上加入避障前判斷環(huán)節(jié)，該改進在特定條件下可以極大地提高多智能體系統(tǒng)達到預(yù)期編隊的速度。另一方面，提出將一致性原理用于解決局部路徑規(guī)劃問題，基于人工勢場法中目標點對智能體的引力勢場思想，提出了基于一致性協(xié)議的目標導(dǎo)向控制方法，無需對虛擬智能體位置進行跟蹤，只需滿足速度