一种解决通信时滞的多智能体协同控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种将成员之间的通信时滞考虑在内的多智能体协同控制方法，本发明的新颖之处在于解决了传统多智能体协同控制中无法解决通信时滞的问题，引入了一致性理论控制算法，很好的解决了通信时滞对多智能体的队形形成与变换的影响，此外，针对传统实体领导智能体可靠性低的缺点，引入了虚拟智能体的概念，使得系统的稳定性提高，这对于利用多智能体高效、安全的执行任务有重要价值。
【专利说明】一种解决通信时滞的多智能体协同控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于控制学科领域，具体涉及一种解决具有通信时滞的多智能体协同控制 方法。
【背景技术】
[0002] 多智能体系统的编队协调控制可以作为复杂网络在信息物理系统中应用研究的 一个实例，因为多智能体的编队协调控制既要考虑各个智能体之间的通讯方式，还要考虑 多智能体系统内部的个体相互合作和竞争关系，尤其是大规模的多智能体系统，多智能体 系统的编队协调控制是目前国际上的研究热点之一，近年来逐渐应用到如自动交通系统、 无人飞行器系统、通信网络的拥塞控制和存贮路径问题等多个领域，具有单一智能体难以 匹敌的优势： (1) 单个智能体的物理实现简单，可以大大节省成本； (2) 分布式控制策略大大降低了整体通信量，使系统具有很强的鲁棒性； (3) 在工业应用中，可通过许多价格低廉的小型设备之间的相互协作，来替代原来造价 昂贵、结构复杂的大型集成电路设备。
[0003] 对于多智能体之间的协同控制，常用的控制策略有：基于领导者的控制，基于行为 的控制，基于虚拟结构的控制等。
[0004] 基于领导者的协同控制：使用该策略的系统，一般采用鲁棒控制法、自适应控制法 等多种控制策略。这种控制方式的主要缺点是一旦领导者故障，系统将难以维持，不得不 重新指定领导者，从而增加了计算量，增大了风险系数；基于行为的编队控制：在传感器数 据错误或缺乏的情况下，基于行为的智能体能够方便的对实现方法进行调整，从而使整体 性能不致恶化，但是由于该方法是根据预设信息和触发条件来形成控制指令，使得具有缺 乏适应性和灵活性的弱点；基于虚拟结构的编队控制：这种方式可以避免实体领导者方式 的干扰问题，也避免了在系统运行过程中出现故障或损失时需要重新计算出所有系统中智 能体位置的麻烦，但其缺点是对计算能力依赖性强，需要以高通信质量和高计算能力为代 价。。
【发明内容】
[0005] 本发明是为解决具有通信时滞的多智能体协同控制的问题，提出一种解决具有时 滞的多智能体协同控制方法，为了解决传统协同控制中无法回避的通信时滞问题，引入了 一致性理论控制算法，很好的解决了通信时滞对系统的队形形成与变换的影响；并且，针对 传统实体领导者系统可靠性低的缺点，引入了虚拟领导者的概念，使得整体的稳定性提高。 [0006] 本发明原理如下： 1.单一智能体运动模型 智能体的运动过程可以将其近似看成是一种具有二阶微分的运动模态，因此可以使用 二阶运动模型来进行描述，即单一智能体的运动状态表示为： Pn ⑴ ￠^-=? (2)
【权利要求】
1. 本发明权利要求一种单一智能体运动模型 智能体的运动过程可以将其近似看成是一种具有二阶微分的运动模态，因此可以使用 二阶运动模型来进行描述，即单一智能体的运动状态表示为：
其中，I为智能体的编号，A为智能体f的位置信息，名为智能体的速度信息，％为控制 输入。
2. 本发明权利要求一种提出的协同控制算法 本发明设计具有时变通信时滞的控制协议为
其中，下标i表示智能体^的实际运动状态，下标i表示期望的运动状态，r(J)为具有通 信关系的多智能体之间的通信时滞，且其具有时变特性，并且满足〇<T<m , 〇<f<# , 4为智 能体I与智能体J之间的期望间隔，&表示智能体》与虚拟领导者的信息交换能力，即定义 为：如果智能体1能够获得虚拟领导者的状态，则《=1，否则，&=0,在所设计的控制协议公 式（3)中，~是位置控制项，保证了多智能体群可以形成规定要求的编队构型，与项是速度 一致项，使得编队中各单元能具有相同的速度，4项保证了系统中智能体能够跟踪虚拟领 导者的速度。
3. 本发明要求一种对控制协议公式的改进，得到控制协议公式（3)改写成如下矩阵形 式
其中，d为智能体系统通信拓扑的邻接矩阵，I；为其拉普拉斯矩阵，i?是由4构成的 sxs方阵，是由4构成主对角线元素的--方阵，?表示克罗内克积。
4. 本发明权利要求建立的编队偏差运动学方程 定义偏差向量
将运动方程公式（1)和（2)代入偏差向量方程，利用拉普拉斯矩阵的性质得到
将偏差方程（7) (8)写为如下形式：
公式（11)为编队偏差运动学方程。
5.本发明权利要求一种基于Lyapunov-Krasosvskii函数的稳定性判别方法 耳又 Lyaounov-Krasosvskii 函数
对公式（13) (14) (15)分别对时间求导，并进行一系列相应的数学变换后得到
由李雅普诺夫定理可知，如果存在对称正定阵P，0，Z，使得?<〇 , W>0成立，则采 用由公式（3)描述的控制算法的系统能够达到渐进稳定，队形偏差可以收敛到0,其中，
以上为本发明申请的权利要求项。
【文档编号】G05B13/04GK104281053SQ201310281768
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2013年7月8日
【发明者】张泽旭, 郭伟强 申请人:哈尔滨点石仿真科技有限公司