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Swarm系统模型及控制研究

作　者: 毛学志
导　师: 徐勇
学　校: 河北工业大学
专　业: 应用数学
关键词: Swarm系统各向异性耦合矩阵滑模控制趋近律软控制可控智能体
分类号: TP18
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

自然界中很多生物都存在着复杂的群集行为,如空中飞翔的鸟群,水中游动的鱼群,草原上奔跑的牧群,聚集而生的细菌群等,生物体以群体的形式协作觅食和躲避敌害,比单独行动具有更多的生存优势。群集行为是目前复杂性科学研究的一个核心问题,生物学家、物理学家以及计算机科学家对此作了大量研究。如何对这种群集行为进行数学建模,并将其应用于人造世界,如一组机器人、车流、机群等的协作、编队等社会行为控制,是目前复杂性科学的前沿课题。本文探究欧氏空间中一类具有吸引/排斥函数的各向异性群集系统的集结属性。结果表明:群集成员将在有限时间内收敛到一个以群集的加权中心为球心的有界区域内。仿真实例进一步表明了该结论的正确性。该模型的耦合矩阵具有更为普遍意义。将滑模控制思想引入群集系统,采用趋近律的方法消除抖振,使群集中的个体在较短的时间内到达并跟踪一条预期的轨迹。用上下界代替控制器里的不确定项,从而给出了确定的控制规则,仿真实例进一步验证了该方法的有效性。提出了一个Swarm系统的“软控制”算法。其优点是在不改变群集系统中个体间现有规则的条件下,通过增加几个可控智能体干扰群集个体的行为。本文通过增加H个可控智能体,使群集中心转移到期望的位置或轨线,群集个体将在有限时间内收敛到期望的位置或轨迹的有界区域,给出了控制规则。仿真实例证明该控制方法效果良好。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-8
第一章绪论  8-13
  §1-1 在生物学中的研究  8-9
  §1-2 在物理学中的研究  9
  §1-3 在计算机仿真学中的研究  9-10
  §1-4 在控制工程学中的研究  10-11
  §1-5 Swarm 系统稳定性的分析研究  11-12
  §1-6 本文研究的意图与结构安排  12-13
第二章 Swarm 系统模型及控制研究现状  13-17
  §2-1 Swarm 系统基本模型  13-15
    2-1-1 Boid模型  13
    2-1-2 Vicsek 模型  13-14
    2-1-3 吸引–排斥相互作用模型  14-15
  §2-2 Swarm 系统控制研究现状  15-17
第三章各向异性的群集行为分析  17-24
  §3-1 引言  17
  §3-2 群集系统模型  17-18
  §3-3 聚集  18-22
  §3-4 仿真  22-23
  §3-5 结论  23-24
第四章群集行为的滑模跟踪控制  24-31
  §4-1 引言  24
  §4-2 群集系统模型  24-25
  §4-3 群集系统的滑模控制  25-27
  §4-4 仿真  27-30
  §4-5 结论  30-31
第五章 Swarm 系统的“软控制”研究  31-41
  §5-1 引言  31
  §5-2 Swarm 系统模型  31-32
  §5-3 Swarm 系统的“软控制”  32-38
    5-3-1 用软控制方法控制Swarm 系统的中心到一个预期位置  32-35
    5-3-2 用软控制方法控制Swarm 系统的中心到一条预期轨迹  35-38
  §5-4 仿真  38-40
  §5-5 结论  40-41
第六章结论  41-42
参考文献  42-45
致谢  45-46
攻读学位期间所取得的相关科研成果  46

Swarm系统模型及控制研究

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