基于多智能體一致性的船舶編隊(duì)及避障研究.pdf

1、隨著科技的不斷進(jìn)步，對(duì)于海洋的不斷探索與開(kāi)拓，單船舶作業(yè)已經(jīng)不能滿足人類(lèi)的需求，因此多船舶的協(xié)作問(wèn)題日趨重要。而要解決多船舶協(xié)作問(wèn)題，首要解決的便是多船舶編隊(duì)問(wèn)題，本文以解決多船舶編隊(duì)問(wèn)題為中心，從多船舶編隊(duì)拓展到多船舶編隊(duì)避障，在前人研究的基礎(chǔ)上改進(jìn)了船舶編隊(duì)及避障控制方法，為解決多船舶協(xié)作問(wèn)題提供了理論與仿真基礎(chǔ)。提出將一致性原理用于解決局部路徑規(guī)劃問(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)一致性協(xié)議，解決了目標(biāo)導(dǎo)向的船舶編隊(duì)及避障問(wèn)題。
　　本文首先研

2、究編隊(duì)及避障控制的多種方法，并確定本文采用的方法主體，包括基于行為的控制法中矢量累加法、人工勢(shì)場(chǎng)法、一致性算法，并闡述幾種方法中需要應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)與基本概念，同時(shí)說(shuō)明穩(wěn)定性原理，為后續(xù)穩(wěn)定性證明提供理論基礎(chǔ)。其次，根據(jù)二階多智能體系統(tǒng)模型，對(duì)多智能體一致性編隊(duì)及避障問(wèn)題進(jìn)行研究，研究主要由三部分組成：第一部分是編隊(duì)控制，將編隊(duì)控制函數(shù)加以改進(jìn)，通過(guò)編隊(duì)控制令船舶達(dá)到預(yù)期編隊(duì)隊(duì)形；第二部分是一致性控制，選取合適的一致性協(xié)議，通過(guò)一致性控制

3、令多船舶在速度狀態(tài)達(dá)到一致；第三部分是避障控制，設(shè)計(jì)以斥力場(chǎng)為基礎(chǔ)的避障方法，通過(guò)避障控制令船舶在編隊(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有效規(guī)避障礙物。將編隊(duì)控制、一致性控制與避障控制相結(jié)合，優(yōu)化了基于多智能體一致性的編隊(duì)及避障控制方法，并證明其穩(wěn)定性，分別進(jìn)行在單一固定障礙物、單一移動(dòng)障礙物和多固定障礙物環(huán)境條件下的仿真驗(yàn)證。提出了一種判斷方法，用于判斷編隊(duì)是否達(dá)到預(yù)期編隊(duì)隊(duì)形，并以該方法作為評(píng)判何時(shí)達(dá)到預(yù)期編隊(duì)的準(zhǔn)則。分析了外界干擾對(duì)多智能體系統(tǒng)一致性的影

4、響，根據(jù)這種影響，判斷在一致性控制下多智能體系統(tǒng)受到障礙物的影響。最后，通過(guò)對(duì)編隊(duì)及避障控制的深入研究，對(duì)以下兩個(gè)方面做出改善與創(chuàng)新。一方面改進(jìn)避障環(huán)節(jié)，在原避障控制輸入基礎(chǔ)上加入避障前判斷環(huán)節(jié)，該改進(jìn)在特定條件下可以極大地提高多智能體系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期編隊(duì)的速度。另一方面，提出將一致性原理用于解決局部路徑規(guī)劃問(wèn)題，基于人工勢(shì)場(chǎng)法中目標(biāo)點(diǎn)對(duì)智能體的引力勢(shì)場(chǎng)思想，提出了基于一致性協(xié)議的目標(biāo)導(dǎo)向控制方法，無(wú)需對(duì)虛擬智能體位置進(jìn)行跟蹤，只需滿足速度