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申请上海交通大学硕士学位论文
基于包含避碰控制的多智能体协同控制研究与实验
论文作者 ： 张何津
学 号 ： 1100329070
指导教师 ： 林宗利教授
专 业 ： 控制科学与工程
答辩日期 ： 2013 年 2 月 20 日
A Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University for the
Degree of Master in Control Theory and Engineering
DEVELOPMENT AND EXPERIMENTAL VERIFICATION
OF A MULTI-ROBOT COOPERATIVE CONTROL
ALGORITHM WITH CONTAINMENT AND GROUP
DISPERSION
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Supervisor
Professor Z L
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February 20, 2013
上海交通大学硕士学位论文 摘要
基于包含避碰控制的多智能体协同控制研究与实验
摘 要
在系统与控制领域，多智能体协同控制因为其在军事、工业以及民用领域
内有着广泛的潜在应用，现已经成为学术界非常活跃的一个课题。设计合适的
控制策略，使多个智能体共同协作来完成给定的任务，是多智能体协同控制的
重要问题。包含控制作为多智能体协同控制领域中一个重要分支，是以领导者
—跟随者智能体群体作为研究对象的类一致性控制问题。在包含控制问题中，
跟随者智能体群体将移动进入到由领导者群体所形成的凸包范围内，并最终达
成运动状态一致。
尽管包含控制在多智能体系统及其协同控制问题的研究中已取得了很多研
究成果，但在研究过程中，更多的是通过系统仿真来对提出的理论和方法进行
评估，而较少通过建立实验平台来验证理论成果。本文则着重从整体系统需求
出发，设计搭建多智能体系统实验平台，完成对其硬件系统和软件系统的开发
设计。同时，本文分析了多智能体轮动系统的数学模型，分别提出了基于静态
领导者和动态领导者的包含避碰控制算法，并结合研究成果，完成在实验平台
上的实验验证。
在实验平台的设计过程中，首先完成对系统的整体设计，并将系统分为四
个部分，分别为上位机控制单元，下位机执行单元，智能体轮动系统，以及超
声波传感器反馈环节，从而构成完整的闭环控制系统。在上位机的设计过程
中，通过对系统软件的开发，实现无线网络的构建和覆盖，硬件单元的启用和
操控，通讯数据的获取和传输，以及系统局部信息的处理和共享。下位机运动
控制部分的设计，主要通过微处理器控制芯片实现对于运动控制协议的制定，
以及实时控制命令的解析和执行。智能体轮动系统和超声波传感器则分别作为
闭环控制系统的被控对象和反馈环节。
在包含避碰控制理论研究中，本文利用双积分器模型来描述智能体的运动
状态，并分别给出了该模型下，基于静态领导者和动态领导者的包含避碰控制
算法。在研究静态领导者的协同控制问题时，我们提出了在特定网络通讯拓扑
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上海交通大学硕士学位论文 摘要
条件下的包含避碰控制算法，使跟随者智能体可以根据其局部邻居的信息，识
别并移动进入由领导者智能体群体所形成