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《全局未知环境下智能群体群集运动与避障控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第30卷第9期系统工程与电子技术Vol.30No.92008年9月SystemsEngineeringandElectronicsSep.2008文章编号:10012506X(2008)0921744204全局未知环境下智能群体群集运动与避障控制王冬梅,方华京(华中科技大学控制科学与工程系,湖北武汉430074)摘要:研究了在全局环境未知且存在静态障碍物的情况下,智能群体的群集运动控制问题。模型在人工势能结合速度一致策略的基础上,利用了滚动窗口的方法实时产生虚拟领航者引导群体向目标位置运行;并利用极限环方法解决了群体避障问题。基于滚动窗口方法构造的虚拟领航者,充
2、分地利用了实时测得的局部环境信息,具有自适应性;极限环方法避障使得群体能够平滑地绕过障碍物,克服了传统人工势场法避障的局部最小问题。关键词:群集运动;虚拟领航者;滚动窗口法;极限环中图分类号:TP242.6文献标志码:AFlockingwithobstacleavoidanceoftheintelligentswarminglobalunknownenvironmentWANGDong2mei,FANGHua2jing(Dept.ofControlScienceandEngineering,HuazhongUniv.ofScienceandTechnology,
3、Wuhan430074,China)Abstract:Theflockingwithobstacleavoidanceinglobalunknownenvironmentisstudied.Basedonthestrategyofcombiningartificalpotentialwithvelocityconsensus,theswarmisnavigatedtogoalbyvirtualleaderwhichisproducedwithrollingwindowmethod,andtheobstacleavoidanceissolvedbythelimit
4、2cyclemethod.Virtualleaderproducedbytherollingwindowmethodutilizesfullylocalinformation,whichhasself2adaptabili2ty,andthelimit2cyclemethodmakestheswarmavoidobstaclessmoothly,andgoesoverlocalminimumintradi2tionalartificialpotentialfield.Keywords:flockingmotion;virtualleader;rollingwin
5、dowmethod;limit2cycle采用改进的人工势场函数导航方法实现了静态障碍物环境0引言[425]下具有动态拓扑结构的群集运动控制,克服了局部最小近年来,模仿自然界动物聚集行为(如:鸟、鱼、蚂蚁、蜜问题,但忽略了障碍物的尺寸大小,只考虑点状障碍物。蜂等以群体的方式觅食或者迁徙的行为)研究智能群体协Magnus等研究了一阶离散系统的群集运动与避碰控制,结调控制问题引起了研究人员的极大关注。1987年Reyn2合人工势场函数导航和Voronoi图法实现了障碍物环境下[6]olds最早提出了模仿动物聚集行为的计算机模型,它由三的群集运动控制;通过生成Voro
6、noi图建立无碰撞路径条基本规则构成:避免碰撞(separation);尽量靠拢(cohe2网络,利用导航函数表达个体移动路径的权值,使群体最终[1]以最优且安全的路径到达目的地;该方法优点适合于任意sion);保持速度一致(alignment)。当前关于群集运动的研究工作也大都是建立在这三条规则的基础之上,我们称形状的障碍物。之为Reynolds模型。本文采用人工势能结合速度一致的策略研究了具有二Reynolds模型仅考虑了无障碍物环境下的群体内部个次积分特性的智能群体的群集运动与避碰控制。文中利用体间避碰与聚集问题,但在实际应用中避开环境障碍物是智能个体实时
7、测得的局部环境信息,以滚动方式实时产生必须面对的问题。鉴于此,OlfatiSaber,Tanner等将基本虚拟领航者引导群体绕开环境障碍物,奔向目标;在滚动的无障碍物的群集运动控制扩展到静态障碍物空间研究了群每一步,以智能个体当前位置为中心的、以个体可以探测到集运动及避碰控制问题。OlfatiSaber采用虚拟个体的方的最大距离r为半径的窗口作为滚动窗口。当滚动窗口内法实现避碰与聚集,用虚拟领导者(·型个体)引领群体避无环境障碍物时,则以目标在滚动窗口内的投影为虚拟领开环境障碍物,其中β型个体和·型个体用来模拟环境障航者;当滚动窗口内发现障碍物时,则利用极限环方
8、法产生[223]碍物,障
