[发明专利]一种可自主穿越二维直线管道的多智能体分布式控制方法

权利要求书

1.一种可自主穿越二维直线管道的多智能体分布式控制方法，其特征在于：该方法步骤如下：

步骤一：建立自主穿越二维直线管道问题的数学模型，其中包括建立智能体的运动模型,安全区域、避障区域、探测区域三种区域模型，以及建立二维直线管道的数学模型；

步骤二：基于人工势场法和Lyapunov稳定性分析方法，在多智能体初始位置位于管道入口之内时，设计多智能体系统穿越二维直线管道的分布式控制算法；所述步骤二具体过程如下：

步骤2.1：设计智能体沿管道方向前进的速度控制分量；

步骤2.2：设计智能体间防碰撞速度控制分量；

步骤2.3：设计将智能体限制在管道内的速度控制分量；

步骤2.4：基于步骤2.1—步骤2.3中设计的势能函数，设计第i个智能体在管道中运动的速度控制指令；

步骤三：基于步骤二中设计的多智能体系统穿越二维直线管道的分布式控制算法，进一步设计将二维空间区域划分为多个二维直线管道的方法，以实现在整个空间内所有智能体自主穿越二维直线管道；

所述步骤2.1具体过程如下：

定义投影算子矩阵：

其中，中心线的终点为左侧管道壁的终点为终点线为过点p_t,2,p_t,3的直线；第i个智能体到管道终点线的滤波位置误差定义为其中为正表示智能体未到达终点线，为负表示智能体已超过管道终点线；则由投影算子矩阵A_t,23的定义，有以下关系成立：

其中，为第i个智能体的滤波位置；

进一步设计第一个势能函数：

该函数恒非负，即V_l,i≥0，当且仅当时等号成立，而意味着第i个智能体已到达管道终点线；因此，控制器设计目标之一即是使V_l,i＝0；

所述步骤2.2具体过程如下：

首先定义两个光滑函数如下：

定义第i个智能体与第j个智能体间的滤波位置误差定义为即有：

进一步设计第二个势能函数：

其中为设计参数，圆形的半径r_s＞0称为智能体的安全半径；函数V_m,ij有如下特点：

i)V_m,ij恒非负，即V_m,ij≥0恒成立，当且仅当时等号成立，而意味着(7)成立，即智能体间不采取避障策略；

ii)恒成立，即：当作为自变量时，递减；

iii)当时，有

此时，如果设计参数∈_m取值足够小，则V_m,ij取到任意大的值；

基于函数V_m,ij的以上特点，控制器设计目标之一即是使V_m,ij＝0；

所述步骤2.3具体过程如下：

定义投影算子矩阵：

第i个智能体到管道中心线的滤波位置误差定义为即有：

进一步设计第三个势能函数：

其中为设计参数；函数V_t,i有如下特点：

i)V_t,i恒非负，即V_t,i≥0恒成立，当且仅当时等号成立，而意味着第i个智能体到管道壁的距离大于避障半径；

ii)恒成立，即：当作为自变量时，递增；

iii)当时，有

此时，如果设计参数∈_t取值足够小，则V_t,i取到任意大的值；

基于函数V_m,ij的以上特点，控制器设计目标之一即是使V_m,ij＝0。