一种具有盲区的多个智能体的编队方法以及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能体的编队领域，具体地，涉及一种具有盲区的多个智能体的编队 方法以及装置。
【背景技术】
[0002] 无论是固定拓扑结构还是时变拓扑结构的多智能体系统，各智能体在运动过程中 需要时刻检测周边环境，根据通信拓扑结构与周边相应的智能体进行通信，并根据一定的 控制算法调整自身的状态。因此，通信是多智能体运动的基础。
[0003] 当智能体的数量较大时，通信网络上必然会产生大量的数据包，由此带来的主要 问题是:一、大量的数据包将增加网络的负担，使其拥塞，严重情况下会导致数据包的丢失， 引发智能体做出错误的动作。二、大量的通信必然增加智能体的功耗，因为智能体常常通过 电磁波传递信号。三、大量的数据包会增大智能体被侦听的风险。四、大量的通信也将影响 到系统的扩展，因为网络的带宽是有限的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种具有盲区的多个智能体的编队方法以及装置。其中，所 述方法通过引入盲区能够有效地减少多个智能体的通信量，提高了多个智能体在编队过程 中的通信可靠性，进而还可以及时有效地调整多个智能体在编队过程中的自身的状态，使 队形保持稳定。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供一种具有盲区的多个智能体的编队方法。所述方 法包括:为所述多个智能体中的每个智能体设定属于自身的盲区；以及根据预设的控制律 使得所述每个智能体通过与自身有通信关系的智能体的盲区，以在有限的时间内形成所述 多个智能体的编队，从而减小所述多个智能体的通信量。
[0006] 可选地，所述多个智能体的拓扑结构为时变拓扑结构。
[0007] 可选地，在根据预设的控制律使得所述每个智能体通过与自身有通信关系的智能 体的盲区，以在有限的时间内形成所述多个智能体的编队，从而减小所述多个智能体的通 信量之前，所述方法还包括:使得所述盲区的半径在时刻/ e [0, F]满足以下条件：
[0008] R(t)>| Xj-(xi+dij)
[0009] 其中，R(t)表示所述盲区的半径，R(t)随时间收敛到零，Xl表示智能体i的位置矢 量，Xj表示智能体j的位置矢量，dij表示智能体j相对于智能体i的理想位移，i，j e {1，2，…， η}，Γ表示所述多个智能体形成稳定编队的时间。
[0010]可选地，所述预设的控制律包括：
[0012]其中，Ui⑴表示智能体i的控制输入，i，je{l, 2，···，η}，",,(0表示所述时变拓扑 结构的邻接矩阵中的元素，Xi表示智能体i的位置矢量，Xj表示智能体j的位置矢量，dij表示 智能体j相对于智能体i的理想位移，α为常数，满足0〈a〈l，sig(x)a= |x|asign(x)，sign( ·) 表示符号函数，I x I表示实数x的绝对值。
[0013]可选地，所述方法还包括:在智能体处于与自身有通信关系的智能体的盲区的情 况下，所述智能体与自身有通信关系的智能体断开通信连接;在所述智能体处于与自身有 通信关系的智能体的盲区之外的情况下，所述智能体与自身有通信关系的智能体建立通信 连接，使得所述智能体进入与自身有通信关系的智能体的盲区。
[0014]相应地，本发明还提供一种具有盲区的多个智能体的编队装置。所述装置包括:设 定单元，用于为所述多个智能体中的每个智能体设定属于自身的盲区；以及编队形成单元， 用于根据预设的控制律使得所述每个智能体通过与自身有通信关系的智能体的盲区，以在 有限的时间内形成所述多个智能体的编队，从而减小所述多个智能体的通信量。
[0015] 可选地，所述多个智能体的拓扑结构为时变拓扑结构。
[0016] 可选地，所述装置还包括:设置单元，用于使得所述盲区的半径在时刻/e[0，n满 足以下条件：
[0017] R(t)>I Xj-(xi+dij)
[0018] 其中，R(t)表示所述盲区的半径，R(t)随时间收敛到零，Xl表示智能体i的位置矢 量，Xj表示智能体j的位置矢量，dij表示智能体j相对于智能体i的理想位移，i，j e {1，2，…， η}，Γ表示所述多个智能体形成稳定编队的时间。
[0019] 可选地，所述预设的控制律包括：
[0021 ]其中，Ui (t)表示智能体i的控制输入，i，j e {1，2，…，η}，％ (/)表示所述时变拓扑 结构的邻接矩阵中的元素，xi表示智能体i的位置矢量，xj表示智能体j的位置矢量，dij表示 智能体j相对于智能体i的理想位移，a为常数，满足0〈a〈l，sig(x)a= |x|asign(x)，sign〇表 示符号函数，I x I表示实数x的绝对值。
[0022]可选地，所述编队形成单元，还用于:在智能体处于与自身有通信关系的智能体的 盲区的情况下，所述智能体与自身有通信关系的智能体断开通信连接;在所述智能体处于 与自身有通信关系的智能体的盲区之外的情况下，所述智能体与自身有通信关系的智能体 建立通信连接，使得所述智能体进入与自身有通信关系的智能体的盲区。
[0023]通过上述技术方案，为所述多个智能体中的每个智能体设定属于自身的盲区；以 及根据预设的控制律使得所述每个智能体通过与自身有通信关系的智能体的盲区，以在有 限的时间内形成所述多个智能体的编队，从而减小所述多个智能体的通信量，大大减轻了 多个智能体在通信上的负担，提高了多个智能体在编队过程中的通信可靠性，进而还可以 及时有效地调整多个智能体在编队过程中的自身的状态，使队形保持稳定。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明提供的一种具有盲区的多个智能体的编队方法的流程图；
[0025] 图2是本发明提供的一种具有盲区的多个智能体的编队装置的结构示意图；
[0026] 图3是本发明一实施例提供的智能体j位于智能体i为智能体j设置的盲区之内的 示意图；
[0027] 图4是本发明一实施例提供的智能体j位于智能体i为智能体j设置的盲区之外的 示意图；
[0028] 图5是本发明一实施例提供的6个智能体期望形成的队形及通信拓扑结构关系图；
[0029] 图6是本发明一实施例中不加入盲区时多智能体的运动轨迹图；
[0030] 图7是本发明一实施例中加入盲区时多智能体的运动轨迹图；
[0031] 图8是本发明一实施例中不加入盲区时的初始化数据表格及结果数据；
[0032]图9是本发明一实施例中加入盲区时的初始化数据表格及结果数据。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0034]在介绍本发明提供的具有盲区的多个智能体的编队方法之前，先介绍一下与本发 明相关的概念和定义。
[0035] 在基于图论的编队研究中，常用无向图来表示多智能体网络拓扑结构。一般来说， 无向图G=(v，e)由非空、有限节点集V={ V1,…，Vn}和边集f = ，…,心丨?： v_Xv组成，节 点代表智能体，边代表两个智能体间的无向通信链路。令I = { 1，2，…，η}表示图中节点的标 号集合，A=[aij]是无向图中的权重邻接矩阵。对任意i, jel，有aij = aji 2 0;如果(Vi，Vj) e ε，则aij = l;如果￡，.贝ljaij = 0;对任意ie I有aii = 0。节点Vi的邻接成员定义为Ni = {vjEV: (Vi，Vj) e ε}。连通图的定义如下：对于任意两个不同的节点Vi和Vj，存在一个集合 {11，12，~，：[111}，其中：[1=：[，：[111=」。该集合定义一条从￥：1到￥」的路径 A; ={(v,同时满足(v v4)e ￡· 7 0
[0036] 用以六)=[1^]￡1?11><11表示为多智能体无向图6(4)的]^^|]^(^311矩阵，定义如下：
[0038] L(A)具有如下特性：
[0039] (1)如果G(A)连通，那么L(A)的特征值满足：
[0040] ΟζλΚυΑαΧ…<λη(υ，其中λ2(υ称为图G的代数连通度。
[0042] (3)图G的代数连通度：
因此如果1τχ = 0,则xTL(A) X > h(L)xTx〇
[0043] 对多智能体位置向量yi，y2-_yn> 0,0〈p < 1，下式成立
[0045] 若考虑到在non-Lipschitz连续非线性系统当中多智能体的闭环稳定性时， i = /(X)，/(0) = 0, 4〇) = X(!，V如果存在连续可微函数V(x) :U-R，满足如下条 ，' 件：
[0046] (l)V(x)为正定函数。
[0047] (2)存在实数1^>0,0〈€[〈1，以及一个包含原点的