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多智能体编队控制是分布式系统领域的重要研究方向,其核心目标是让分散的智能体在无集中式指挥的情况下,通过局部信息交互达成全局有序运动。一致性算法作为实现编队的关键技术,主要解决三个核心问题:
相对位置保持 每个智能体通过获取邻居的位置信息,计算自身与期望队形的偏移量。典型的处理方式是用势场函数构建虚拟弹簧模型:当距离小于安全阈值时产生斥力,大于跟随距离时产生引力,最终使群体收敛到预设的间距。
速度一致性 采用领导者-跟随者或完全分布式两种架构。前者指定部分节点作为参考基准,后者通过动态平均算法使所有智能体速度渐进同步。常用二阶一致性协议同时协调位置和速度状态,避免出现震荡现象。
通信拓扑维护 基于图论中的连通性判断,当使用无线Ad-hoc网络时,需考虑通信半径约束。典型的环形拓扑和星形拓扑各有优势,前者鲁棒性强但收敛慢,后者响应快但存在单点故障风险。现代算法常采用动态拓扑切换策略。
工程实现中还需处理传感器噪声、通信延迟等实际问题。扩展卡尔曼滤波常用于状态估计,而事件触发机制能有效减少通信负载。这类算法在无人机灯光秀、自动驾驶车队等场景已有成功应用。