多智能體機器人協(xié)調控制研究及穩(wěn)定性分析.pdf

1、多智能體機器人的集合運動問題引起了不同領域研究人員的極大興趣．從物理學，生物學到計算機科學，再到控制科學，科學家們試圖弄明白，自主運動的生物體，比如鳥群，魚群，細菌群，人群，或人造自主移動智能體，如何能夠在沒有集中協(xié)調的情況下，通過局部的協(xié)調聚集成編隊．這主要是由于多智能體機器人系統(tǒng)在無人機協(xié)調控制、多機器人編隊控制、多智能體群集運動、分布式傳感器網絡、人造衛(wèi)星群位姿調整及通信網絡擁塞控制等領域的廣泛應用．
　　 本文主要研究了

2、多智能體機器人的群集運動控制，多智能體機器人的一致性問題，多機器人編隊的非線性模型．具體內容如下：
　　 對具有二次積分動態(tài)模型的智能群體跟隨領航者取得群集運動編隊進行了研究．
　　 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，使智能群體跟隨領航者取得群集運動．在固定和動態(tài)的網絡拓撲，分別運用傳統(tǒng)的Lyapunov穩(wěn)定性理論及非平滑分析理論進行了穩(wěn)定性分析．
　　 對具有二次積分動態(tài)的智能群體，

3、在有向網絡取得群集運動進行了研究．提出了一個分散控制方法對智能群體進行分散控制．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鍵角色．
　　 對具有質點動態(tài)模型的智能群體在高維空間取得群集運動進行了研究．基于智能群體兩個不同的中心(質心及重心)提出了4個不同的控制規(guī)則使智能群體取得群集運動編隊．前2個控制規(guī)則是基于智能群體的質心，其余2個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

4、場函數(shù)來克服理論分析的困難．在某種合理的假設下，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．
　　 提出了加權平均一致性的新概念．首先，對多智能體無向動態(tài)網絡取得全局加權平均一致性問題進行了研究，提出了線性和非線性分布式協(xié)調控制規(guī)則以使多智能體系統(tǒng)取得加權平均一致性．其次，對多智能體有向網絡的一致性問題進行了研究．基于一類分散協(xié)調控制器使多智能體網絡在固定和切換的網絡拓撲取得全局漸近加權平均一致性．從理論上證明了

5、有向網絡的強連通性及一類稱為平衡圖的有向圖在解決加權平均一致性問題中扮演著關鍵角色．
　　 對Ⅵcsek模型進行了進一步的討論．首先，對多智能體有向網絡取得漸近一致性進行了研究．提出了多智能體協(xié)調的新規(guī)則—N近鄰規(guī)則，基于N—近鄰規(guī)則，應用分布式控制器使得多智能體網絡取得漸近一致性．其次，基于簡化的Vicsek模型，對自主移動多機器人的集合運動進行了研究．給出了自主移動多機器人基于最近鄰規(guī)則在有向網絡的集合動態(tài)行為的一個定性分析

6、．提出了多機器人運動方向收斂到同一方向的一個充分必要圖條件．互連圖有一個全局可達的結點在系統(tǒng)的收斂性分析中扮演著關鍵角色．進一步，如果該全局可達的結點沒有鄰接成員，則作為特殊情形，該結點充當著群組的領航者．
　　 對多機器人編隊的一個非線性模型進行了研究．提出了一種非線性滑模控制器，協(xié)調一組非完整移動機器人以取得合乎要求的編隊．在合理的假設下，從理論上證明了存在有界干擾情形下機器人編隊的漸近穩(wěn)定性，即所提出的滑?？刂破魇沟孟鄬?/p>