多智能体系统的编队控制协议设计及协同搬运研究

发布时间：2017-11-26 19:12

  本文关键词：多智能体系统的编队控制协议设计及协同搬运研究

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【摘要】：物体搬运在实际应用中十分常见,但在空间尺寸受限或者有危险的环境下进行物体搬运非常困难,因此,如何在环境受限的情况下利用多智能体系统实现物体的搬运,使其满足复杂的路径规划要求,最终到达目标点,是迫切需要解决且具有挑战性的问题。本文结合线性时序逻辑(LTL)理论和多智能体系统编队控制理论,研究多智能体系统的分布式编队控制协议设计和协同搬运控制问题。针对个体模型为一阶、二阶和三阶模型的多智能体系统,分别给出了二维空间编队中分布式比例控制协议、分布式比例微分动作控制器协议和分布式比例积分微分控制协议,使多智能体系统能够保持预期的队形,在此基础上,基于LTL理论进行路径规划,根据物理的搬运任务需求规划出最优路径,从而保证多智能体系统在保持队形的情况下沿着规划出的最优路径,进行物体搬运。针对一阶多智能体系统编队问题,给出相似编队的分布式控制方法,设计的分布式控制器能够实现多智能体系统的编队控制。首先将多智能体系统的编队问题转化成系统的稳定性分析问题,接着将多智能体系统分解成多个子系统,并分析子系统的稳定性,然后设计比例控制器用于保证系统的稳定性,通过求解各子系统的稳定范围交集,获得使整个系统实现相似编队的控制参数范围,并通过仿真实验验证了所设计的控制算法的有效性。为了提高系统搬运的效率,采用基于LTL理论的路径规划算法,获得同时满足任务要求和运行环境的最优路径,最后以队形的方式实现了满足路径规划要求的一阶多智能体系统协同搬运的仿真。针对二阶、三阶多智能体系统的二维空间编队控制问题,分别设计了一致性协议。基于Laplacian变换将控制协议的设计问题转化成分布式PD和PID的控制器设计问题,以解析的方式将多智能体系统分解成多个子系统,并对子系统的稳定性进行研究。根据复常系数线性系统稳定性判据求得子系统的稳定范围交集,获得使多智能体系统实现相似编队的控制器参数范围。为使系统具有较好的动态性能,以二阶多智能体系统为研究对象,进一步研究系统的极点配置问题。然后将控制器用于系统动态编队,研究速度和角速度的一致性问题,得到满足速度要求的动态编队方法。最后结合基于LTL理论的路径规划方法,以队形的方式实现多智能体系统协同搬运。基于K-team机器人在建立的实验平台上进行多移动机器人系统的编队控制和协同搬运实验。实验结果表明,根据获得的稳定性条件选取的控制参数能够保证系统稳定,控制多移动机器人系统实现编队,并按照规划的路径进行物体的协同搬运。研究结果为空间受限或是危险环境的物体搬运提供了有效途径。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP13;TP18

【参考文献】

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本文编号：1230839