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考虑避碰的多智能体系统包含控制及航行器应用
| 论文题名： | 考虑避碰的多智能体系统包含控制及航行器应用 |
| 关键词： | 多智能体系统;包含控制;编队包含跟踪控制;障碍函数法;输入受限;无人水面航行器 |
| 摘要： | 随着科技的进步与人们对生产力解放的渴望，人们对工程效率以及工程多样化有着越来越高的追求，这都导致了任务的复杂程度有着大幅度的提升，越来越多的工作由机器来代替人力。单一的智能体可以应对的工程任务数量处于一个减少的趋势，对多智能体系统的协同控制的需求不断增加。编队包含跟踪控制作为多智能体系统协同控制的一个重要研究方向，对其进行研究具有重要的价值。在海洋工程领域上，多无人水面航行器系统的应用也十分广阔，如进行协同搜寻、勘探、跟踪等工作。在处理实际的多智能体系统协同控制问题时，常常面临着诸多问题，如系统避碰问题、系统状态以及控制输入受限、系统存在未知非线性动态等问题。针对目前存在的问题，本文的主要工作如下： 第一，针对具有速度和加速度约束的二阶线性多智能体系统，提出了一种分布式编队包含跟踪控制策略。同时考虑到系统的安全性要求，设计的控制器需要控制系统以避免系统发生碰撞。本文首先针对被控系统提出了一种分布式标称控制器，多智能体系统可以在该控制器的驱使下，执行编队包含跟踪任务。由于标称控制器的设计形式，每个智能体的速度和每个智能体的控制输入也受到约束，以便其维持在系统的安全范围内。考虑到系统可能发生的碰撞，基于障碍函数法给出了几个需要维护的安全集。为了避免碰撞的发生，实际的控制器需要在标称控制器的基础上维护上述安全集的前向不变性。进一步，为了确保控制目标的实现，实际控制器和标称控制器之间的差异需要被最小化，由此得出的安全控制器的输出是通过计算实时二次规划问题来解决的。最后，通过仿真验证，来证明该控制策略的有效性。 第二，将考虑避碰的受限二阶多智能体系统编队包含跟踪控制策略应用在多无人水面航行器系统上。考虑到上述研究是针对线性二阶多智能体系统而言的，无法直接应用于多无人水面航行器系统，本文采用坐标变换对系统模型进行了解耦处理。针对实际无人水面航行器由于外部扰动等因素引起的未知非线性动态，采用神经网络技术来进行在线逼近，再基于障碍函数法设计了一种考虑避碰的输入以及速度受限多无人水面航行器分布式自适应神经网络编队包含跟踪控制算法。通过仿真验证，来证明该控制策略的有效性。 |
| 作者： | 毛宇豪 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 单麒赫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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