[发明专利]一种面向多智能体系统的集群控制方法

权利要求书

1.一种可适用于多智能体系统的集群控制方法，其特点在于：该方法灵感源自于自然界中生物的集群行为；群体中所有智能装备地位平等，无领航者；依靠简单规则和局部信息，每个智能装备独立决定自己的运动行为，系统最终可以呈现出协同的集群现象。

2.所述多智能体系统包括由地面装备构成的系统、由水下装备构成的系统、由空中装备构成的系统，或是由其中两种或多种智能装备构成的复杂异构系统，其特点在于：系统中所有智能装备地位平等，无领航者；系统中的智能装备具有局部感知和局部通信的能力，即每个智能体只和自己的邻居进行通信。

3.所述邻居只是按照一定约束条件限定的系统中的部分个体，这里给出的邻居定义为：在初始时刻，所述智能装备通信半径范围内的智能体称为该智能装备的邻居。

4.所述局部感知能力是指智能装备携带具有一定感知能力的传感器，使得它可以以直接或是间接的方式获得与其邻居之间的相对位置、相对姿态和相对速度等信息。

5.所述局部通信能力是指智能装备只和其邻居进行通信，基于所述局部通信规则，系统中所有智能装备构成一个复杂的通信网络，所述通信网络可以是一个切换网络，但在网络切换时需要引入磁滞，以确保通信网络的连通性可以保持下去。

6.所述通信机制，因每个智能装备只和其邻居进行通信，每个智能装备的计算量和通信压力不会因系统规模的增大而增加，故所述协同方法对智能装备自身的硬件要求有限，同时也便于扩展到大规模的智能体系统。

7.所述协同方法规则简单，共两条：所述第一条规则是依靠无人装备的感知机构获得邻居的相对姿态和相对速度信息，并据此来调整其姿态和速度，使得系统中无人装备的速度和姿态都具有高度的同步性；此规则可以利用一致性方法来实现；所述第二条规则是依靠无人装备之间的吸引力和排斥力对个体之间的距离进行调整，使得无人装备之间的距离达到平衡（即期望的间距），所述吸引力是使得所有无人装备在整个协同过程中不会主动脱离系统（除非不可控因素），所述排斥力是源自于无人装备之间的安全考虑，因无人装备之间不能发生碰撞，吸引力和排斥力的合力决定了无人装备之间的最终距离，此规则可利用人工势场法来实现。

8.所述协同方法具有良好的鲁棒性，

系统中个别智能体的失效并不会影响整个系统最终目标的实现；所述协同方法具有良好的容错和抗干扰能力，当智能装备的当前状态与其期望状态之间存在差异时，所述协同规则会一直发挥作用，不论这个差异是由智能装备自身的运动引起的还是外界不确定干扰引起的。

9.所述智能装备的行为由其邻居的行为状态决定，但是不同邻居对该智能装备行为的影响程度与两者之间的距离有关；在保证所述智能装备与其邻居不发生碰撞的前提下，邻居到该智能装备的距离越近，对所述智能装备行为的影响程度就越大。

10.所述方法适用于各种规模的多智能体系统的集群协同，亦可扩展到指定集合队形的编队控制，有效并且实用。