多智能体系统的协调控制研究综述

多智能体系统的协调控制研究综述

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多智能体系统的协调控制研究综述

苗国英马倩。

摘要

引言

近年来,多智能体系统的协调控制

在多机器人合作控制、交通车辆控制、无

在落叶飘飞的秋天,人们经常看见大雁排着整齐的“人”字型队

人飞机编队和网络的资源分配等领域有

伍迁徙到南方;在阴暗潮湿的环境下,细菌部落聚集而生;夏天池塘着广泛的应用,成为当前控制学科的一

的青蛙同时发出“哇哇”的叫声;夏日的一群萤火虫同时发出一闪一个热点问题.首先介绍了多智能体系统

的研究背景、智能体的概念和相关的图

亮的光线;自然界中成群的蜜蜂,事先没有商量建筑蜂巢的蓝图,但论知识:然后从多智能体系统协调控制

是它们各自搬运泥土,筑成了坚固的蜂巢;在海洋中某些鱼类,具有包含的几个问题入手,即群集问题、编队

规则队形聚集在一起运动,当发现新的食物来源或者受到外部攻击

控制问题、一致性问题和网络优化问题

等,对其国内外的发展现状进行了总结

时,原来规则的队形被打乱了,但是在没有外界力量的介入下,一段

和分析;最后,给出了多智能体系统有待

时间之后,这群鱼类又建立了规则的队形聚集在一起运动,如图是

解决的一些问题,以促进对多智能体系

统协调控制理论与应用的进一步研究.

摄影师在南极拍摄到企鹅捕猎前群集鱼类的图片.自然界中的这些

关键词

自组织现象在没有集中中央控制的条件下,是什么样的工作机制,使

多智能体系统;一致性;队形控制;

得内部个体相互感知和交换信息,从而外部表现出规则而有序的智

群集/蜂拥

能行为运动并且这种智能行为是单个个体所不能达到的,因而这

中图分类号

些现象引起了生物学家的兴趣.生物学家试图了解这些自然界生物

文献标志码系统内部的工作机制,期望把这些理论应用到实际的系统中,为一些

新出现的系统,例如交通车辆系统、机器人编队系统、无人飞机或者

水下航行器系统等复杂智能系统提供理论指导.生物学家最初使用

模拟仿真实验的方法,不能在理论上真正揭示这些生物界自组织现

象的本质.

收稿日期 ?资助项目教育部高等学校博士学科点专项科

研基金作者简介

苗国英,女,博士,讲师,主要研究方向为

多智能体系统的协调控制..图摄影师在南极拍摄到企鹅捕猎前群集鱼类的图片

南京信息工程大学信息与控制学院,南京,. ,

南京理工大学自动化学院,南京, 苗国英,等.多智能体系统的协调控制研究综述...

在计算机和工程领域,随着它们的发展,早期的

行研究,可谓欣欣向荣、百花齐放,得到大量颇具价

集中式和分布式计算系统不能处理越来越复杂和规值的研究结果.例如香港城市大学的 . .

模越来越大的实际问题. 世纪年代以后,分布教授和陈关荣教授,香港中文大学的黄捷¨

式人工智能方法出现,能够解决当时的问题,得到了教授,中国科学院的陈翰馥】‘。教授、郭雷¨教授、程

代展】教授、张纪峰教授和洪奕光教授,北京

迅速的发展.但是这种分布式人工智能有其缺点,就

是低层子系统个体之间的相互作用方式是被高层系

大学的王龙教授,上海交通大学的汪小帆教

统根据任务预先设定好的,采用“自上而下”的分析授,北京航空航天大学的贾英民教授,南开大学

的陈增强¨教授,东南大学的田玉平教授和曹进

方法,因此缺乏灵活性,很难为实际中的复杂大系统

建模.为了克服上述的缺点,美国麻省理工学院的德。。教授,南京理工大学的徐胜元教授等.最早提出了智能体的概念,同时把

智能体的概念和相关图论知识

生物界个体社会行为的概念引入到计算机学科领

. 智能体的概念

域.这时,生物学和计算机科学领域发生了交叉.所

多智能体系统是由一系列相互作用的智能体构

谓的智能体可以是相应的软件程序,也可以是实物

例如人、车辆、机器人、人造卫星等. 成,内部的各个智能体之间通过相互通信、合作、竞

争等方式,完成单个智能体不能完成的,大量而又复

近些年来,由于生物学、计算机科学、人工智能、

杂的工作.多智能体系统有以下特点:

控制科学、社会学等多个学科交叉和渗透发展,多智每个智能体都有独立的决策、计算能力以及

能体系统越来越受到众多学者的广泛关注,已成为

独立的通信能力,但是自身的感知能力又是有限的,

当前控制学科的热点问题.对多智能体系统的研究

只能根据局部邻居的信息作出判断.例如,用一组机

成果日益增多.在《、《器人完成某个地方的地面情况勘察,每个机器人

通、、

过自身携带的传感器获取自己周围地面的信息,然、

后把这些信息进行融合,于是这一组机器人获得地等工程和控制学科国际权威期刊上,都

面信息比单个机器人获得的地面信息全面.

有对多智能体系统协调控制最新的研究成果.来自多智能体系统中采用大规模的分布式控制,

众多学科的知名学者,从不同的学科角度研究了多

不会因为个别智能体之间的通信故障,而影响整个

智能体系统的协调控制.据文献的统计, 年

多智能体系统的运行,因而具有更好的灵活性和可

月年月在期刊《 .

扩展性.例如,现在的互联网就是一个多智能体系上发表的篇文章中,与多智能体

统,不会因为某些路由器的损坏,而影响网络的通

相关的论文达到篇.自年以来,很多国际论

信.这种分布式控制的方式,与集中式控制相比,具

坛和会议都有多智能体系统方面的论文,例如在国

有更强的鲁棒性.在工业成本上来讲,分布式控制的

际会议“”和“

工业成本要小于集中式的工业成本.例如,在工业”中,都有多智能体系统相关