[发明专利]一种集群智能系统协同运动规划与编队控制方法

说明书

本发明公开了一种集群智能系统协同运动规划与编队控制方法，涉及集群智能系统技术领域。该方法包括获取所有智能体的初始状态信息并设置编队初始条件；根据所有智能体的目标编队构型和通信拓扑确定智能体下一时刻的期望位置；根据集群智能系统的动力学方程，建立智能体位置预测模型；根据智能体下一时刻的期望位置，建立编队控制目标函数；以智能体运动的加速度及运动空间区间作为约束条件对编队控制目标函数进行优化，构建当前时刻的预测轨迹；采用带有软约束的按需避碰策略对编队控制目标函数的优化过程进行迭代求解，确定无碰撞轨迹并控制所有智能体进行编队。本发明实现了在保证避碰条件下的运动轨迹规划，同时按照规划的路径完成编队任务。

技术领域

本发明涉及集群智能系统技术领域，具体涉及一种集群智能系统协同运动规划与编队控制方法。

背景技术

近年来，集群智能系统出现在许多工程领域，这些系统的控制问题越来越受到人们的重视。协同控制的目标是使多个自治智能体通过局部交互进行有效地协同工作，实现集体群体行为。在执行大规模的复杂任务时，协同移动的集群智能系统具有较高的工作效能和较强的容错能力。

运动规划与控制是集群智能系统协同控制研究中的一个重要分支。由于其他智能体正在规划并同时执行其轨迹，这就要求运动规划算法要具有迅速响应复杂环境变化的能力，在避免与其他智能体发生碰撞的同时完成编队控制任务。因此，如何实现在共享环境中执行任务并生成无碰撞轨迹是本领域值得研究的问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种集群智能系统协同运动规划与编队控制方法，以实现集群智能系统在规定的区域内规划出安全无碰撞的路径并实现编队控制任务。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种集群智能系统协同运动规划与编队控制方法，包括以下步骤：

S1、获取所有智能体的初始状态信息并设置编队初始条件；

S2、根据所有智能体的目标编队构型和通信拓扑确定智能体下一时刻的期望位置；

S3、根据集群智能系统的动力学方程，建立智能体位置预测模型；

S4、根据智能体下一时刻的期望位置和智能体位置预测模型，建立编队控制目标函数；

S5、以智能体运动的加速度及运动空间区间作为约束条件对编队控制目标函数进行优化，构建当前时刻的预测轨迹；

S6、采用带有软约束的按需避碰策略对编队控制目标函数的优化过程进行迭代求解，确定无碰撞轨迹并控制所有智能体进行编队。

可选地，步骤S1中：

初始状态信息具体包括初始位置信息和初始速度信息；

编队初始条件具体包括时间序列、智能体间的安全距离、时间步长参数、预测时间步及预测视界长度。

可选地，步骤S2中智能体下一时刻的期望位置表示为：