基于網(wǎng)絡(luò)一致性的多智能體跟蹤控制
徐德剛，桂衛(wèi)華
（中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083）
摘 要：基于動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)一致性理論，研究外邵向量場(chǎng)變化情況下的分布式多智能體的隊(duì)形保持和跟蹤控制問(wèn)題、利用鄰近多智能體間共享的信息，智能體以-致協(xié)商的合作方式既控制自身運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)又保持了一定的隊(duì)形．針對(duì)多智能體之間形成的最近鄰耦合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行分析后，提出了多智能體一致性動(dòng)態(tài)控制律的設(shè)計(jì)方法，可方便地對(duì)系統(tǒng)的極點(diǎn)進(jìn)行配置。還提出了一種利用分散的隊(duì)形控制分解中心****者作用的方法，并給出了系統(tǒng)穩(wěn)定性的條件。研究結(jié)果顯示，隊(duì)形穩(wěn)定性問(wèn)題僅受到通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響，可以通過(guò)分解降階的系統(tǒng)解決，而向量場(chǎng)的特性只影u向系統(tǒng)跟蹤性能。仿真例子顯示了方法的正確性。
關(guān)鍵詞：多智能體；一致性；網(wǎng)絡(luò)；隊(duì)形；跟蹤控制
中圖分類(lèi)號(hào)：tp 27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼ia
1引言
在許多工業(yè)領(lǐng)域中多智能體系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，其中，尤為關(guān)鍵的技術(shù)是多智能體在作業(yè)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持一定隊(duì)形的方法。到目前為止，隊(duì)形控制問(wèn)題已在機(jī)械裝配、石油化工檢測(cè)等領(lǐng)域礙到應(yīng)用。研究隊(duì)形控制的方法也大致有三種4：跟隨****者法、基于行為法、虛擬結(jié)構(gòu)法：其中，跟隨****者法的應(yīng)用最為引人注日。在多智能體組成的群體中，某個(gè)智能體被指定為****者，其余作為它的跟隨者，這些跟隨者以一定的距離問(wèn)隔跟蹤****智能體、根據(jù)****者與跟隨者之問(wèn)的相對(duì)位置關(guān)系，就可形成不同的隊(duì)形，該隊(duì)形可看作宏觀上不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。韓學(xué)東等研究的跟隨****者多智能體系統(tǒng)中，根據(jù)智能體之間的不同拓?fù)湮恢藐P(guān)系．設(shè)計(jì)了適用于不同情況的控制器，并探討了編制隊(duì)形問(wèn)題，但其未涉及復(fù)雜外部環(huán)境的隊(duì)形保持問(wèn)題。本文考慮復(fù)雜外部環(huán)境下由一個(gè)****者和多個(gè)智能體組成的系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)一致性理論，研究復(fù)雜條件下的多智能體跟隨****者問(wèn)題。主要研究在可測(cè)的向量場(chǎng)（例如溫度場(chǎng)或磁力場(chǎng)等）中多智能體系統(tǒng)的跟蹤問(wèn)題，并進(jìn)一步獲取多智能體測(cè)量局部向量場(chǎng)及其他智能體交互各自的測(cè)量信息，從而解決基于共享信息的多智能體互相}辦作控制和各自運(yùn)動(dòng)軌跡的問(wèn)題。此外，為了系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，還討論了具體的多智能體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的跟蹤問(wèn)題和動(dòng)態(tài)控制律的設(shè)計(jì)方法。
2基于一致性的多智能體隊(duì)形保持的跟蹤控制
1)問(wèn)題描述智熊體通過(guò)通信與其他智能體進(jìn)行信息交互并獲取到更大范圍內(nèi)的環(huán)境信息，有利于做出正確決策�？紤]到智能體感知和通信能力的有限性，為了更好地對(duì)多智能體系統(tǒng)的隊(duì)形保持和控制進(jìn)行研究，有必要借助于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一些理論進(jìn)行研究，其原因在于：如果每個(gè)智能體被看作是網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)，智能體之間的感知和通訊關(guān)系看作為邊，那么多智能體的隊(duì)形就可看作一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，即耦合拓?fù)淇煞奖愕赜梢粋�(gè)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示。由于單個(gè)智能體通信能力的限制，在執(zhí)行共同任務(wù)的多智能體組中，一致協(xié)商起到重要的作用。為了達(dá)到信息一致，必須存在共享變量和采用基于此變量的一致協(xié)商算法。多智能體隊(duì)形的變化，即多智能體間通訊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，對(duì)多智能體間信息的一致協(xié)商速度產(chǎn)生重要的影響：
本文以編隊(duì)保持和一致性協(xié)商問(wèn)題研究為基礎(chǔ)，融合****者的信息，建立多智能體的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行控制器沒(méi)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，假設(shè)每個(gè)智能體有一個(gè)局部觀測(cè)器，基于各局部觀測(cè)器的測(cè)量值和其他智能體提供的共享信息，可估算空間的向量場(chǎng)平均值。此外，為降低控制器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性且保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本文還提出了一種利用分散的隊(duì)形控制來(lái)分解中心****者作用的方法。
2)多智能體模型描述考慮ⅳ個(gè)智能體，縛個(gè)智能體的動(dòng)態(tài)方程為
將上述動(dòng)態(tài)方程表示為如下線性系統(tǒng)：
式中，x∈rn表示智能體的狀態(tài)；ui∈rm表示控制輸入；yi∈rk為內(nèi)部狀態(tài)的測(cè)量值。
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