基于一致性理论的仿生机器鱼编队控制研究

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随着人们对海洋领域的不断认知和深入研究,对于海洋里的生物以及水下资源的探索逐渐成为学者们的研究重点;虽然海洋资源是丰富的,但是复杂多变的海洋环境为水下的研究工作带来了困难,因此学者们对于这方面的研究起步较早,为今后水下机器人的发展创造了条件;进入20实际90年代,学者们对于水下仿生机器鱼的研究有了突破性的进展。我们知道,在复杂多变的水下环境中,单个仿生机器鱼是很难完成任务的;因此为了提高水下工作的有效性,我们尝试通过一定的算法实现多个仿生机器鱼一起按照某种队形向目标点移动的编队控制,进而更加稳定有效地完成之前的任务。  本研究以三关节仿生机器鱼为研究对象,首先介绍了机器鱼模型以及仿生机器鱼的系统平台,在此基础上,着重讨论了基于一致性协议和人工势场法的仿生机器鱼编队控制研究。同时,在一阶与二阶多智能体数学模型控制下,通过设定算法,实现了多智能体系统的环形编队研究。本文创新点是抛弃了传统的仿生机器鱼编队控制方法,尝试采用一致性协议的控制算法与经过改进的人工势场法相结合的控制方法实现仿生机器鱼的编队控制,在基于领导-跟随者的控制框架下,分别对领导者与跟随者设定人工势场,并通过引入一致性协议和运动学数学模型实现仿生机器鱼的避障控制,进而能够更好地实现仿生机器鱼的编队控制研究。在多智能体的环形编队控制研究中,分别采用动力学模型为一阶与二阶积分器形式的控制输入方法,引入位置信息和速度信息来设计控制率的控制方法,讨论了多智能体系统在一阶与二阶数学模型下的环形编队问题,经过计算推导得到了在二阶积分器模型下完成环形编队所需要的必备条件,并且分别从理论推导和数值算例验证了所提控制策略的有效性。在研究的过程中,在采用传统的一阶积分器形式的控制输入方法的基础上,假设每个智能体的动力学模型是二阶积分器型,并经过计算推导得出新的控制方法实现了二阶多智能体系统的环形编队控制研究,最终得到的结论可以在多智能体系统的编队控制中应用良好。
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