多智能体系统编队的牵制控制研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文

摘要

随着无人系统与人工智能科学的发展，多智能体系统的有关技术广泛地被应用

于生物工程、机械工程、电力工程、军事国防等领域。在复杂网络中，牵制控制是

α-

一种仅仅通过控制网络中的部分节点以达到控制整个网络节点的控制方法。网格

结构是一种保持各个智能体之间的距离不变且一致的编队结构。本文针对多智能体

α

系统的编队问题，在多智能体系统的牵制控制方法，渐近形成的-网格结构和智能

体间的碰撞避免三个方面展开了相关的研究。

首先，针对多智能体系统编队时智能体间发生的碰撞问题，本文设计了一种势

能函数来实现智能体间的碰撞避免。证明了在该控制算法的应用下，多智能体系统

编队的稳定性与智能体间避碰的有效性，并得到了期望的数值仿真结果。其次，文

α-

中分析了部分多智能体系统编队时出现准网格结构的原因，并据此设计了一种导

α

航反馈函数。该函数可以保证多智能体系统渐近稳定并使其编队结构渐近形成-网

α-

格结构。文中证明了该控制算法的稳定性以及其渐近形成网格结构的性质，给出

了数值仿真，充分地验证了上述性质。第三，基于牵制控制的控制方法，本文提出

了一种动态牵制控制的导航反馈函数。在该函数的应用下，邻居数较多的智能体可

不受到反馈控制的作用，并证明了二维空间下保持系统稳定的邻居临界数为4，即二

4

维空间下只需要对邻居数小于等于的智能体进行反馈控制。接着，文中进行了三

组数值仿真，验证了上述性质。最后，通过数值仿真，给出了在该控制算法的应用

下，得到了智能体编队过程中不受到导航反馈函数牵制控制的智能体占比与系统规

模的关系，并得出了系统规模越大，则不受到导航反馈函数牵制控制的智能体占比

越大的结论。

综上所述，本文基于局部信息与虚拟领导者的信息提出了一种多智能体系统编

α-

队的牵制控制算法，并且该算法可以使多智能体系统渐近形成网格结构，并在编

队过程中实现智能体间的碰撞避免。

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关键词：多智能体系统；编队控制；碰撞避免；网格结构；牵制控制

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华中科技大学硕士学位论文

Abstract

Withthedevelopmentofunmannedsystemandartificialintelligence,the

technologyofmulti-agentsystems(MASs)hasbeenwidelyusedinbiologicalengineering,

mechanicalengineering,powerengineering,militarydefenseandotherfields.Incomplex

networks,pinningcontrolisawayofcontrollingthewholenetworknodeswithonlya

partofnodescontrolled.Anα-latticeconfigurationisaformationthatkeepsthedistance

betweenagentsconstantandconsistent.Inthisthesi