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多无人艇协同控制中的任务分配方法研究
| 论文题名： | 多无人艇协同控制中的任务分配方法研究 |
| 关键词： | 无人艇;任务分配;分工机制;蚁群算法 |
| 摘要： | 无人艇(Unmanned Surface Vehicle，USV)作为一种海上的运载体，已经成为在海上完成任务的重要手段之一。海上的环境十分复杂，无人艇执行任务的类型也是多种多样的，单艘无人艇执行任务的需求越来越小，多数量且不同类型的无人艇协同作战的需求越来越大，相对于单艘无人艇的作战方式，多类型的任务需要由多类型的无人艇协同作战完成的。为了更好的利用多类型无人艇，提高多无人艇完成任务的效能，本文对多无人艇的任务分配问题进行了研究。 以无人艇执行海面上的任务为背景，以缩短完成任务的时间和消耗无人艇航程最小为目标，将不同类型的任务指派给不同的无人艇，使多无人艇完成任务后总体效能达到最优。本文所做工作如下： 首先，介绍了多无人艇协同控制体系结构的概念和分类，建立了多无人艇在协同控制体系结构下的任务分配问题模型。根据无人艇在海上执行任务的复杂环境的特点，分析各种因素对无人艇的影响，在满足任务的时序和时间等约束条件下，通过对多无人艇执行任务行驶的总航程以及执行任务总数量的分析，总结了多无人艇任务分配的评价指标。 其次，本文将分工机制蚁群算法引入到无人艇协同任务分配问题中。建立了人工蚁群的分工机制，分工机制是将人工蚂蚁分为不同的蚂蚁子群，不同的蚂蚁子群与不同的无人艇相对应，各蚂蚁子群寻找最短路径为对应的无人艇构造最优任务分配计划，通过各蚂蚁在各自经过的路径上所留存的信息素间接实现任务的协同。利用人工蚂蚁可以使算法具有更好的能力去搜索解。仿真实验表明，基于分工机制的蚁群算法可以有效的解决多无人艇协同任务分配问题。 最后，本文对分工机制蚁群算法解决多无人艇协同任务分配问题进行了深入的研究，并在以下两个方面进行了改进。一方面是算法上的改进，为了解决蚁群算法出现的局部最优的现象，本文对信息素的更新方式加以改进，并对信息素的浓度进行了限制。另一方面是问题模型上的改进。不同地点的相同类型的任务加入任务优先级来区别；定义任务间的促进关系的概念，在仿真时将这种关系加入到模型中，在尽量满足这种关系的同时还必须满足任务间的时序约束等。仿真实验表明，改进分工机制蚁群算法能够得到更优的任务分配计划。 |
| 作者： | 高金玉 |
| 专业： | 精密仪器及机械 |
| 导师： | 刘利强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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