全局未知环境下智能群体群集运动与避障控制.pdfVIP

第 30 卷 　第 9 期 系统工程与电子技术 Vol . 30 　No . 9 2008 年 9 月 Sy st ems Engineering and Elect ronics Sep . 2008 文章编号 : 100 1506X 2008 0座机电话号码 全局未知环境下智能群体群集运动与避障控制 王冬梅 , 方华京 华中科技大学控制科学与工程系 , 湖北 武汉 430074 摘 　要 : 研究了在全局环境未知且存在静态障碍物的情况下 ,智能群体的群集运动控制问题 。模型在人工势 能结合速度一致策略的基础上 ,利用了滚动窗口的方法实时产生虚拟领航者引导群体向目标位置运行 ;并利用极 限环方法解决了群体避障问题 。基于滚动窗口方法构造的虚拟领航者 ,充分地利用了实时测得的局部环境信息 , 具有 自适应性 ;极限环方法避障使得群体能够平滑地绕过障碍物 ,克服了传统人工势场法避障的局部最小问题 。 关键词 : 群集运动 ; 虚拟领航者 ; 滚动窗口法 ; 极限环 中图分类号 : TP 242 . 6 文献标志码 : A Flocking with obstacle avoidance of the intell igent swarm in global unknown environment WAN G Dongmei , FAN G Huaj ing D ep t . of Cont rol S cience an d Eng ineering , H uaz hong Univ . of S cience an d Technology , Wuhan 4300 74 , China Abstract : The flocking wit h ob st acle avoidance in global unknown environment i s st udied . Ba sed on t he st rat egy of co mbining artifical pot ential wit h velocit y con sen su s , t he swar m i s navigat ed to goal by virt ual leader which i s p roduced wit h rolling window met hod , and t he ob st acle avoidance i s solved by t he limitcycle met hod . Virt ual leader p ro duced by t he rolling window met hod utilize s f ully local infor mation ,which ha s selfadap t abili t y ,and t he limitcycle met hod makes t he swar m avoid ob st acle s smoot hly , and goes over local minimum in t radi tional artificial pot ential fiel d . Keywords : flocking motion ; virt ual leader ; rolling window met hod ; limitcycle 0 　引　言 采用改进的人工势场函数导航方法实现了静态障碍物环境 下具有动态拓扑结构的群集运动控制[45 ] ,克服了局部最小 问题 ,但忽略了障碍物 的尺寸大小 , 只考虑点状障碍物 。 近年来 ,模仿自然界动物聚集行为 如 :鸟 、鱼 、蚂蚁 、蜜 Magnu s 等研究了一阶离散系统的群集运动与避碰控制 ,结 蜂等以群体的方式觅食或者迁徙的行为 研究智能群体协 调控制问题引起了研究人员的极大关注 。1987 年 Reyn 合人工势场函数导航和 Voronoi 图法实现了障碍物环境下 olds 最早提出了模仿动物聚集行为的计算机模型 ,它 由三 的群集运动控制[ 6 ] ;通过生成 Voronoi 图建立无碰撞路径 网络 ,利用导航函数表达个体移动路径的权值 ,使群体最终 条基本规则构成 : 避免碰撞 sep aration ; 尽量靠拢 cohe [ 1] 以最优且安全的路径到达 目的地 ; 该方法优点适合于任意 sion ;保持速度一致 alignment 。当前关于群集运动的 研究工作也大都是建立在这三条规则的基础之上 ,我们称 形状的障碍物 。 之为 Reynolds 模型 。 本文采用人工势能结合