水下多智能体系统快速编队控制.pdf

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1、第34卷第5期2012年5月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYVoi．34．No．5May，2012水下多智能体系统快速编队控制李德远1。余莹莹2(1．海军驻葫芦岛431厂军事代表室。辽宁葫芦岛1250042．武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉430074)摘要：针对水下多智能体系统在无向网络下的快速编队问题．提出基于智能体当前和过去状态的快速编队控制算法。利用矩阵理论和频域分析法，得到该算法能使系统快速编队的过去状态区间。仿真示例验证了其有效性。关键词：水下多智能体系统；编队控制；收敛速度中图分类

2、号：TPl3文献标识码：A文章编号：1672—7649(2012)05-0067—03doi：10．3404／j．issn．1672-7649．2012．05．015Fastformationcontrolforunderwatermulti-agentsystemsLIDe．yuan1，SHEYing—yin92(1．TheNavyDelegationinNo．431Shipyard，Huludao125004，China；2．WuhanSecondShipDesignandResearchInstitute，Wuhan

3、430064，China)Abstract：Forunderwatermulti—agentsystemsafastformationcontrolprotocolUSeSbothcurrentstatesandoutdatedstatesisproposed．Thefastformationcontrolprototoclisanalyzedunderaundirectedcommunicationgraph．Basedonthefrequently—domainanalysisandmatrixtheory，itiss

4、hownthatthesystemusethefastformationcontrolprotocolformationfasterthanusethestandardformationcontrolprotocoliftheoutdatedstatesarechosenproperly．Simulationresultsillustratethecorrectnessoftheresult．Keywords：underwatermulti-agentsystems；formationcontrol；eonvergance

5、rate0引言近年来，由于海底环境复杂多变，很多工作都不适合潜水员及载人潜水器进行。作为海洋资源开发工具，水下智能体(AUV)成为当今各国在海洋工程领域中的研究热点。这主要是由于在实际的水下作业中，AUV可以自主地运行在远程的、难于接近的、无法预知的或危险的海洋环境之中，完成自主导航、自主避障和自主作业等任务。基于水下智能体系统的广泛工程应用，其编队控制问题引起了控制领域的极大关注。编队控制¨。1要求系统中的个体共同保持一个设定的几何图形。在分布式编队的稳定性问题中。每个个体部知道最终的队形，但个体间需要进行通讯来协凋各自

6、的位置。这个问题的信息状态包含了队形的中心位置信息，个体问可以使用一致性算法来得到队形的中心位置信息。本文主要研究了AUV群的快速编队控制问题，目前已有的编队控制算法主要是基于当前状态的，但对于任何控制系统而言，过去的状态都值得考虑，而且很容易得到，本文提出的快速编队控制算法不仅利用智能体当前状态，还利用智能体过去状态的相关信息，在不需改变网络拓扑结构的情况下，所提出的算法可有效提高系统的编队速度。1预备知识假设水下多智能体系统中有r／,个智能体，用1个无向图G=(V，E，A)来表示智能体之间的信息交换网络拓扑结构。顶点集

7、V={”．。”：，⋯．％}为有限的非空集，图的顶点口；表示智能体i；边集E∈旷，收稿日期：2011一05一05；修回日期：2012-04—18作者简介：李德远(1965一)，男，高级工程师，从事船舶系统技术研究。·68·舰船科学技术第34卷图的边e。=(a；，q)∈E表示智能体i和智能体_『可以相互传递信息，即e。，EE§e“∈E；加权图的邻接矩阵A=[o。]为对称非负矩阵。其中，a。=0，当i≠J且(”。，q)EE时，口d>0。智能体i的邻接成员用集合N。={q∈V：(吼，％)EE}表示。如果图G中2个不同顶点F；和口，

8、存在1条路径时，称吼和”，可达。当且仅当图G的任意2个不同顶点之间都存在一条路径时，称该图是连通图。定义1无向图C的Laplacian矩阵定义为￡(G)：￡=D—A。其中，D=diag(dI，d2，⋯，d。)为图G的度矩阵，d；=∑口Ⅱ，L是1个对称的半正定矩阵，且工，=0。引理1考虑多智能体系统具有／