多智能体系统的协同群集运动控制
《多智能体系统的协同群集运动控制》以多智能体系统协同群集运动控制为主线，首先介绍了图论和控制器设计所用到的基础理论知识；其次，分别从拓扑结构的边保持和代数连通度两个角度介绍了连通性保持条件下的协同群集运动控制协议设计方法；进而，针对典型的轮式移动机器人非完整约束模型介绍了连通性保持条件下的协同控制策略，为简化系统复杂拓扑结构，还介绍了基于骨干网络提取的协同群集运动控制策略；书中将个体动态模型提升到高阶非线性系统模型，介绍了高阶非线性系统协同控制协议设计方法；最后，针对多智能体系统非合作行为检测与隔离进行了详细介绍，并提出了相关算法。内容简介本书以多智能体系统协同群集运动控制为主线,首先介绍了图论和控制器设计所用到的基础理论知识;其次,分别从拓扑结构的边保持和代数连通度两个角度介绍了连通性保持条件下的协同群集运动控制协议设计方法;进而,针对典型的轮式移动机器人非完整约束模型介绍了连通性保持条件下的协同控制策略,为简化系统复杂拓扑结构,还介绍了基于骨干网络提取的协同群集运动控制策略;书中将个体动态模型提升到高阶非线性系统模型,介绍了高阶非线性系统协同控制协议设计方法;最后,针对多智能体系统非合作行为检测与隔离进行了详细介绍,并提出了相关算法。本书可作为系统与控制及其相关研究领域的科研工作者、工程技术人员、高等院校师生的参考书,也可作为研究生和高年级本科生的教科书。图书在版编目(CIP)数据多智能体系统的协同群集运动控制/陈杰,方浩,辛斌著.一北京:科学出版社,2017(系统与控制丛书)ISBN978-7-03-051165-2L.①多…Ⅱ.①陈…②方…③辛…Ⅲ.①人工智能-研究Ⅳ.①TP18中国版本图书馆CP数据核字(2016)第310934号责任编辑:杨向萍裴育纪四稳/责任校对:桂伟利责任印制:张倩/封面设计:蓝正舞学出服出版北京东黄城根北街16号邮政编码:100717http://www.sciencep.com京通州皇家印刷厂印刷科学出版社发行各地新华书店经销2017年1月第一版开本:720×10001/162017年1月第一次印刷印张:1414字数:268000定价:95.00元(如有印装质量问题,我社负责调换)《系统与控制丛书》编委会主编:郭雷中国科学院数学与系统科学研究院副主编:陈杰北京理工大学编委:洪奕光中国科学院数学与系统科学研究院黄捷Chinese University of Hong Kong姜钟平Polytechnic Institute of New YorkUniversity USAFrank lewisUniversity of Texas at Arlington, USA林宗利University of Virginia, USA申铁龙Sophia University, Japan谈自忠Washington University, USA谢立华Nanyang Technological UniversitySingapore殷刚Wayne State University, USA张纪峰中国科学院数学与系统科学研究院周东华清华大学编者的话我们生活在一个科学技术飞速发展的信息时代,诸如宇宙飞船、机器人、因特网、智能机器及汽车制造等高新技术对自动化提出了更高的要求。系统与控制理论也因此面临着更大的挑战。它必须能够为设计高水平的物理或信息系统提供原理和方法,使得设计出的系统能感知并自动适应快速变化的环境。为帮助系统控制专业的专家、工程师以及青年学生迎接这些挑战,科学出版社和中国自动化学会控制理论专业委员会合作,设立了《系统与控制丛书》的出版项目。本丛书分中、英文两个系列,目的是出版一些具有创新思想的高质量著作,内容既可以是新的研究方向,也可以是至今仍然活跃的传统方向。研究生是本丛书的主要读者群,因此,我们强调内容的可读性和表述的清晰。我们希望丛书能达到这些目的,为此,期盼着大家的支持和奉献!《系统与控制丛书》编委会2007年4月1日序言自20世纪50年代以来,控制科学不断发展,诞生了诸如最优控制、鲁棒控制、非线性控制等众多研究方向以及大量的科研成果,极大地推动了第三次工业革命的发展。但近年来,由于控制对象规模呈爆炸式增长、信息化社会生成海量数据,系统与控制科学作为一门面向应用的学科正面临着许多重大挑战;同时,计算机科学以及人工智能的兴起也为系统与控制科学的发展带来了新的机遇和启示。受到自然界广泛存在的生物种群有序运动现象的启发,多智能体的研究开始受到广大学者的关注。70年代末期,智能体概念初现,主要研究如何通过协作方式分布式求解问题。90年代,多智能体系统涌现出自主性、社会能力、反应性等特性,使多智能体协同成为控制领域的研究热点。目前,多智能体协同已经应用于智能机器人交通控制、柔性制造、网络自动化和作战智能体模型等领域。毫无疑问,未来几年多智能体协同仍将吸引更多学者的广泛关注,继续在系统与控制科学的发展中扮演十分重要的角色。多智能体协同控制所要解决的根本问题在于如何设计合理的控制协议来协调多个个体统一完成任务,这与传统基于单一对象的控制理论有很大的区别。陈杰教授团队对此进行了大量的研究工作,并取得了很好的研究成果。该书以多智能体系统协同群集运动控制为主线,结合作者在该领域多年的研究积累及国内外最新的研究成果,给出了基于代数连通度估计、基于骨干网络等多种分布式群集运动控制方法,同时考虑了系统连通性保持、模型参数不确定性、多任务约束等诸多限制条件,扩展了相应成果的应用范围。全书内容丰富,论述深入浅出,既有严谨的理论推导与证明,又有数值仿真与实物实验验证,是一本难得的介绍控制理论在多智能体协同控制方面最新研究进展的学术专著。当前世界正在发生着深刻的变革,以互联网产业化、工业智能化、工业一体化为代表的第四次工业革命正悄然到来。该书所研究的内容顺应了当前工业发展的潮流,在民用、军用等领域有着广阔的应用前景,也非常适合相关领域的学者和工程技术人员参考阅读。序言我相信,该书的出版能够对多智能体协同控制领域的研究发展有所帮助,也希望作者能够在该方向上持续研究,取得更多的高水平研究成果。郑列了西安交通大学教授中国自动化学会理事长中国工程院院士2016年12月前言智能体的概念来源于分布式人工智能的思想,通常而言,可以把智能体定义为用来完成某类任务,能作用于自身和环境、有生命周期的一个物理的或抽象的计算实体。智能体的特点是具有自主性、局部通信/感知能力、分布式协作能力、任务分解能力、自适应性和推理能力。而多智能体系统是由多个智能体组成的具有松散耦合结构的,并且通过系统中智能体之间以及智能体与环境之间的通信、协商和协作来共同完成单个智能体( Agent)因能力、知识或资源上的不足而无法解决的问题的系统。多智能体系统通过相互协作,可以完成超出它们各自能力范围的任务,使得系统整体能力大于个体能力之和。鲁棒性、分散性、自组织性是多智能体系统动态行为的基本特征。多智能体协同控制是目前控制科学研究领域的一个热点课题在许多国际期刊及会议中,每年均有大量关于多智能体系统的研究文章出现。多智能体系统由个体的动态模型、通信网络拓扑、分布式控制律(或者协议/规则)三个基本要素构成。本书以多智能体系统协同群集运动控制为主线,围绕上述三个基本要素,首先介绍图论和控制器设计所用到的基础性理论等背景知识;其次面向典型应用,考虑实际约東条件,分别从拓扑结构的边保持和代数连通度两个角度介绍通信连通性保持条件下的协同群集运动控制协议设计方法;进而,从个体动态模型和拓扑结构模型两方面继续深入,针对典型的轮式移动机器人非完整约束模型介绍连通性保持条件下的协同控制策略,为简化系统拓扑结构对控制器设计的影响,介绍基于骨干网络提取的协同群集运动控制策略;书中还将个体动态模型由简单的一阶、二阶线性模型提升到高阶非线性系统模型,介绍高阶非线性系统协同控制协议设计方法;最后针对多智能体系统非合作行为检测与隔离进行详细介绍,并提出相关算法。本书内容自成体系,旨在向读者详细介绍多智能体系统协同群集运动控制的基础理论和最新研究成果本书由11个章节构成。第1章为基础知识部分,首先对多智能体群集运动控制、一致性控制以及非合作行为检测与补偿进行全面的综述,其次介绍在理论推导过程中所用到的代数图论的基础理论知识。第2章介绍在无法获取动态领航者智能体的加速度信息的条件下,进行连通性保持的有界群集运动控制方法。第3章从前言全局连通性的角度,介绍基于代数连通度分布式估计的连通性保持控制方法。第4章针对非完整约束轮式机器人,介绍连通性保持下的多移动机器人群集控制。第5章介绍层次型骨干网络的建立方法,以及基于骨干网络提取的协同避障运动控制方法。第6章针对参数不确定的高阶非线性多智能体系统,设计分布式控制器实现系统的一致性。第7章针对 Brunovsky型高阶非线性多智能体系统,设计分布式一致性控制器。第8章针对高阶非线性多智能体系统,设计自适应鲁棒一致性控制器,并对控制器性能进行分析。第9章在多任务约束下,设计多智能体一致性控制器。第10章介绍一阶多智能体系统的非合作行为检测、隔离与修复算法。第11章介绍基于邻居相关状态的多智能体非合作行为检测与隔离算法。感谢中国自动化学会控制理论专业委员会、《系统与控制丛书》编委会对本书出版的大力支持。本书得到了国家杰出青年科学基金项目(60925011)、国家自然科学基金创新研究群体项目(61321002、61621063)、国家自然科学基金重大国际合作研究项目(61120106010)、国家自然科学基金项目(61573062、61304215、61673058)、北京市优秀博士学位论文指导教师科技项目(20131000704)的资助,在此表示衷心的感谢。同时,还要感谢本领域相关同行学者在本书撰写过程中给予的热心支持,以及毛昱天、黄捷、杨庆凯、李俨、尉越、卢少磊、吴楚、王雪源、商成思、开昰雄、罗明等同学对本书出版给予的大力帮助。由于作者水平有限,书中疏漏和不妥之处在所难免,敬请读者批评指正。作者2016年11月目录编者的话序言前言第1章绪论··················.······1.1多智能体分布式群集运动控制12多智能体一致性控制概述51.2.1低阶积分器多智能体一致性……1.2.2高阶线性多智能体一致性…111.2.3高阶非线性多智能体一致性1713多智能体非合作行为检测与补偿概述2114代数图论背景知识…………26第2章连通性保持条件下多智能体系统群集运动控制3121研究背景3122问题描述312.3领航跟随群集运动控制律∴……………………………·3224稳定性分析……………3425仿真和实验372.51数值仿真37252实物实验,,,,·,,,,,………………402.6结论………………43第3章基于代数连通度估计的多智能体系统群集运动控制·4431研究背景443.2问题描述…………………………………………443.3控制律设计∴………………4634入2的分布式估计473.5稳定性分析52
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恩菲特公司的1553B中文手册，手册丰富，详细，是1553B开发者的优选方案成都恩菲特科長有限公司EPH31580日录恩菲特产品保修条款…安全标志符号,D香看看看。。。垂垂看导D看警告第1章芯片概述…11.简介12.EPH31580特性111.3.EPH31580描述……14.电气特性+++··+++++++.1415.功能描述.…1.6.曼彻斯特解码…171.7.吋间戳178.中断19.存储器访问和寄存器访问1.10. BUS CONTROL框架.171.11. REMOTE TERMINAL框架……11.12. BUS MONITOR框榘18第2章软件接口自●●看命·●●●看鲁●息1921.上电状态22.存储器管理23.寄存器定义…21.中断屏敞寄存器(读/写22.配置寄冇器#1(读/23.配置寄存器#2(读/写)24.开始/复位寄存器(写)2.5.BC/RT命令堆栈指针寄存器(读)….262.6.BC控制字尕RT子地址控制宇寄存器(读)…2627.时标寄存器(读/写)28.中断状态寄存器(读29.配置寄存器#3(读/写)……2.10.配置寄冇器#4(读/写)21.配置寄存器#5(读/写)2.12.数据堆栈指针寄存器(读)…322.13.BC下一条消息开始时间寄存器(读/)214.BC帧时间/RT最后一个命令字/BM触发设置寄存器(读/写)2.15.RT状态字寄存器(读)216.RIB字寄存器(读).342.17. BLOCK STATUS WORD第3章 BUS CONTROL OPERATION……38HTTP:www.enpht.comTel:028-851482738528FAX:028-85148287107第3页成都恩菲特科長有限公司EPH31580BC存储器管理…38ACTIVE AREAS DOUBLE BUFFERING38PROGRAMMING OF BC MESSAGE FRAMES39BC Memory managcmcntMessage Block Formats∴39BC控制字∴…42DESCRIPTOR STACK44C MESSAGE GAP TIMEBC FRAME AUTO REPEATMINOR AND MAJOR FRAMES甲甲···:·…46BCⅠ NTERRUPT……46OTUER FUNCTIONBC SOFTWARE INITIALIZATION SEQUENCE··47BC PSEUDO CODE EXAMPLE.49第4章 REMOTE TERMINAL OPERATION,51RT存储器结构51RT存储器管理SUBADDRESS CONTROL WORDRT STACK AND INTERRUPTSTIME TAG WORDDATA BLOCK POINTER OR MODE DATA WORD57COMMAND WORD RECEIVEDRT COMMAND ILLEGALIZATION57SELECTED MODE CODE INTERRUPT60BROADCAST OPT⊥0NBUSY BITRT ADDRESS INPUTS62RT STATUS WORDRT-TO-RT RESPONSE TIMEOUT64SUMMARY OF RESPONSES TO MODE CODE MESSAGESRT SOFTWARE INITIALIZATION PROCEDURERT PSEUDO CODE EXAMPLE.68第5章 BUS MONITOR OPERATION.71MONITUR SELECTION FUNCTIONMESSAGE MONITOR FORMATSBM存储器管理MESSAGE MONITOR BLOCK STATUS WORDBM SOFTWARE INITIALIZATION PROCEDURE,76第6章 EXTERNAL INTERFACES通垂函a看自PIN DESCRIPTIONS BY FUNCTIONAL GROUPS隔离变压器到外部系统的连接BUFFERED u TRANSPARENT MODEHTTP:w.enphtcomTEL:028-851482738528FAX:028-85148287107第4页成都恩菲特科長有限公司EPH31580外部时序接口BUFFERED模式接口时序85与几和典型器件的连接与ADSP2101的连接与68040的连接与80286的连接.环境温度封装形式…订货号附录一:变压器选型手册97HTTP:/ww.enphtcomTEL:028-85148273/8528FAX:028-85148287107第5页成都恩菲特科長有限公司EPH31580恩菲特产品保修条款产品名称:1553A/B协议芯片产品型号:EP-H31580保修期限:一年1.恩菲特公司对由恩菲特公司出售的硬件产品和附件提供质量保修,保修期限如上所示。在保修期内如果出现因质量原因而产生故障,恩菲特公司在收到关于产品故障的通知并经查验核实后,有权选择维修或整套更换产品。整套更换的产品可以是新的或接近新的2.恩菲特公司保证软件产品经过充分测试。如果恩菲特公司在保修期内收到关于软件故障的通知,将在查验核实后免费更换软件3.恩菲特公司不保证在产品修理过程中产品可不中断地使用。但恩菲特公司保证在合理的期限内修理好发生故障的产品4.产品保修期从产品发运之日或由恩菲特公司开始安装之日起开始计算。如果用户的进度安排延后使恩菲特公司在产品发运之日起30天内仍未开始安装,产品保修期从交付之日后的笫31天开始计算5.恩菲特公司对任何下列情况而导致的产品故障和损坏不提供免费保修:(a)错误的使用或不适当的维护和校正,(b)非恩菲特公司提供的软件、接口、部件或其它物品,(c)未经许可的拆卸、修改和错误使用,(a)超过产品技术规格指明的范围使用,(e)不适当的运输、搬运和存贮,(f)其它不可抗力原因造成的故障或损坏(如HTTP:ww.enphtcomTEL:028-851482738528FAX:028-85148287107第6页成都恩菲特科長有限公司EPH31580地震、战争、交通事故等)6.在法律允许的范围内,上述保修条款是唯一明确的,同时没有任何其它的保修条款,不论是书面的或口头的。恩菲特公司明确表示拒绝承认任何暗示的保修条款和商业条款7.如果用户因使用恩菲特公司产品造成对其它物品损坏或身体伤害,经法院裁定其直接原因是恩菲特公司产品缺陷,恩菲特公司对此负责。版权声明所有恩菲特公司出售的软件产品或随同硬件产品出售的软件和文件,其版杈属恩菲特公司所有,恩菲特公司保留软件产品和文件方面的所有版权。用户对产品的购买并不表示用户在版权方面的任何许未经恩菲特公司书面许可的任何复制和出售均是被禁止的成都恩菲特科拈冇限公司HTTP:www.enpht.comTel:028-851482738528FAX:028-85148287107第7页成都恩菲特科長有限公司EPH31580安全标志符号符号说明符号说明贴在产品上的标志符号表示仪器在操作前必须表示使用者必须遵循产品手保证相应的接线端接地册中相应的警告或注意内容良好,以免电击而引起以免造成人身伤害或设备损设备损坏或人身伤害。坏交流直流表示相应的操作危险。△操作员应严格按规定操高压危险。警告作,否则可能导致人身危险表示相应的操作危险操作员应严格按规定操凸⊥机外壳楼地通常与注意,否则可能寻受慢备设备的金属外壳相连接。损坏或永久性数据丢失HTTP:ww.enphtcomTEL:028-851482738528FAX:028-85148287107第8页成都恩菲特科長有限公司EPH31580敬在操作,维护及修理设备的整个过程中要严格遵守以下安全事项违反这些安全规程或任何本手册中警告和注意事项规定的操作导致的设备损坏或人身伤害,恩菲特公司不对此类事故承担责任●对第一类安全设备(具有俣护地接线端子的设各),必须在产品的主电源输入端或供电电源电缆提供一个可靠的安全地连接对于模块式设备,为确保模块安全接地,应将模块前面板上的紧固螺钉旋紧,以保证模块的紧固面板与机箱保护地可靠接通●仪器不应接触易燃易爆气体或在有易燃易爆气体的环境下操作●为了避免火灾,应使用具有相同电压和电流的保险溶丝。不能使用修理过的保险熔丝或短接保险盒●操作人员不应打开机盖。这只能由经过培训的专业技术人员进行。打开机盖是危险的,因为设备中可能存在危险电压。甚至在设备断电以后,高压也可能存在。为了避免人身伤害,应由经过培训的专业技术人员来操作。●不要操作危险设备或在危险的条件下操作设备。如果任何削弱安全性或可能导致安全保护设施失效的情况存在(包括物理损坏,潮湿或别的原因),应立即拔除电源线,直到由专业技术人员确认后方可操作●不要单独维修或调整仪器,以免发生危险时可得到帮助和救治HTTP:www.enpht.comTel:028-851482738528FAX:028-85148287107第9页成都恩菲特科長有限公司EPH31580不能更换或更改产品中的元器件,除非有明确的认可和授权。因为这将带来其它危险。如仪器出了故障,应将其送到恩菲特公司指定的维修点进行维修,从而保证仪器的各项功能文献版本吏新历史所有版本和手册更新及发行时间都列举在下面。手册的初始版本是Ver1.00。不论何时更新手册,版本号都在尾数加1。当更新涉及到较为重要的内容时,版本号中间的数加1,当更新涉及到核心内容时,版本号第一位数加1。更新的内容通过手册发行,包括修改的内容及对手册新增加的内容。新版本均包括了对旧版本更改的内容。每个新版本或更新后版夲都有一页标注该文献的更改情况Ⅴrl.0l..,,,∴,,.,2005.05HTTP:/ww.enphtcomTEL:028-85148273/8528FAX:028-85148287107第10页
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