基于Quanser多智能体系统的协同控制方法

0 引言
随着网络技术的发展，网络环境下的多智能体 协同控制 引 起 国 内 外 学 者 的 广 泛 关 注［1］。 但 是 多 智能体协同控制在理论和技术层面还有很多问题有 待解决。在复杂网络环境下，要充分验证多智能体 协同控制算法的有效性之后，才能把它应用到像卫 星编队、多无人机协同控制等大型仿真上［2 ～ 4］。加 拿大 Quanser 公司的多智能体协同控制系统可以方 便地编译 Simulink 仿真框图并下载到智能体中进行 实时控制。本文介绍它的仿真原理及笔者完成的飞 行器跟踪地面移动机器人的仿真任务。
1 Quanser 多智能体控制系统的构成
本文搭建的 Quanser 多智能体控制实验系统如 图 1 所示。它包括以下几部分：
图 1 Quanser 多智能体协同控制系统
1） QuaRC 实时控制软件和多智能体任务开发 系统。
2） 控制站和多智能体定位控制软件： 通过无线 局域网控制站与各个无人工具进行通讯。
更有针对性地保障系统的正常运行。
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如何写好文章摘要
本刊收到的一些来稿中，发现有些作者没有化功夫写好文章的摘要。对一篇文章来说，摘要是 十分重要的，希望作者在撰写文章摘要时注意以下几点：
文章编号： 1001 － 0874（ 2013） 04 － 0051 － 03
Coordinative Control Method of Multi-Agent System Based on Quanser
Wang Kai1 ，Li Shuai2
（ 1． Heilongjiang Institute of Technology，Harbin 150027，China； 2． A’Cheng Relay Co． ，Ltd． ，Harbin Electric Group，Harbin 150302，China）
煤矿机电
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参考文献：
［3］ Gregory Dudek，Michael Jenkin ． Computational Principles of Mo-
［1］ Zhongkui Li，Zhisheng Duan，Guanrong Chen ，Fellow，IEEE ，
bile Robotics［M］． Cambridge University Press； 2nd Revised edi-
根据公式（ 4） 可计算出各个基本故障事件的关 键重要度，进行排序就能得到各个基本事件间的关 键重要度的关系。
参考文献： ［1］ 乔红兵，许海龙，陈占营，等． 矿井提升机制动器可靠性模糊
综合评判研究［J］． 煤炭科学技术，2012，40（ 11） ： 91-94． ［2］ 刘铁民，张兴凯，刘功智． 安全评价方法应用指南 ［M］． 北京：
图 2 定位跟踪仿真系统框图
3 结语
通过飞行器跟踪地面移动机器人的仿真实验， 说明了 Quanser 多智能体协同控制平台工作原理，
为相关领域的科研工作提供借鉴。同时可在这个平 台上仿真更多的多智能体协同控制算法，可以检验 各种算法的有效性，从而进一步推广多智能体系统 协同控制技术。
2013 年第 4 期
学（ 硕士学位） ，现从事电工与电子技术教学工作，发表论文 5 篇。 （ 收稿日期： 2013 － 03 － 25； 责任编辑： 陶驰东）
2002（ 6） ： 911-912．
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（ 上接第 50 页）
各底事件的关键重要度 Ic（ i） 为： Ic（ i） = qiIp（ i） / Q （ i = 1，2，…，n） （ 4）
Abstract： Through the autogiro trace simulation experiment of moving robot，explains the working principle of Quanser （ Canadian ） platform for coordinative control of multi-agent system． Quanser can easily compile the simulative block-diagram of Simulink and download into the agent to realize simulation． It provides an effective platform for researching the coordinative control algorithms of multi-agent system． The study provides a reference for such research also． Keywords： multi-agent； coordinative control； robot
derson，“Coordinated target assignment and intercept for unmanned air vehicles，”［J］IEEE Trans． Robot． Autom． ，vol． 18，
作者简介： 王锴（ 1977 － ） ，男，讲师。2007 年毕业于哈尔滨理工大
and Lin Huang． Consensus of Multiagent Systems and Synchroniza-
tion． 2010．
tion of Complex Networks A Unified Viewpoint［J］ IEEE TRANS- ［4］ 张庆杰． 基于一致性理论的多 UAV 分布式协同控制与状态估
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基于 Quanser 多智能体系统的协同控制方法
王锴1 ，李帅2
（ 1． 黑龙江科技学院，黑龙江 哈尔滨 150027； 2． 哈电集团 阿城继电器股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150302）
摘 要： 通过对四旋翼飞行器跟踪地面移动机器人仿真实验，说明加拿大 Quanser 多智能体协同
机同时控制多台嵌入式控制器，在 Matlab 的环境下 进行多智能体系统协同控制算法的研究。在完成硬 件搭建之后，要对 6 台红外线照相机进行视场标定， 以实现三维空间定位功能。仿真过程中分别选取飞 行器和地面移动机器人 X、Y、Z 方向上的坐标和速 度为状态变量。控制站主要负责定位和任务规划等 功能，无人飞行器 QBall 和地面移动机器人 QBot 按 照设计的 控 制 算 法 进 行 协 同 控 制 实 验［3］。 地 面 移 动机器人按照预先设计好的轨迹和速度在地面上运 动。无人飞行器和地面移动机器人上各装 3 到 4 个 红外线反射小球，使装在墙壁上的 6 台红外照相机 能实时捕捉飞行器和机器人的位置坐标，通过计算 机和无线网络传输给飞行器和机器人中的控制器， 飞行器按预先设计的算法算出与机器人之间的位置 差，调整飞行方向以跟踪机器人。飞行器以一定高 度，飞临机器人上方，定位跟踪仿真的 Simulink 系统 框图如图 2 所示。仿真达到了预期的效果。
炭科学技术，2004（ 5） ． ［8］ 陈宝． 基于 FTA 方法的瓦斯爆炸事故主控因素分析［J］． 江西
煤炭科ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，2008（ 4） ．
作者简介： 刘平献（ 1991 － ） ，男，在读硕士研究生。研究方向为电
气工程及自动化。
出处理矿井提升机制动系统故障的有效途径，以便
（ 收稿日期： 2013 － 05 － 13； 责任编辑： 陶驰东）
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3） 无人飞行器 QBall： 它由一个四旋翼系统加 碳纤维保护罩组成。配备电子数据采集卡和嵌入式 控制器 Gumstix Verdex。
4） 嵌入式计算机系统及测量单元： 包括声纳 （ 测量精度为 1 英寸） 和 3 轴陀螺。
5） QBot 地面机器人： QBot 机器人是基于 iRobot 的 Create 平台开发的自主移动机器人。它具有 一个 USB 接口的摄像头和 3 个声纳传感器，用于探 测障碍物，探测距离 15 cm ～ 645 cm。
控制平台的工作原理。Quanser 系统可以方便地将 Simulink 仿真框图编译并下载到智能体中进行
仿真，为研究多智能体系统协同控制算法提供了一个有效平台，同时也为多智能体系统协同控制的
研究提供了一定的借鉴。
关键词： 多智能体； 协同控制； 机器人
中图分类号： TM351； TM359． 4
文献标识码： A
1． 摘要应是论文内容不加注释和评论的简短陈述，内容不应空洞和过于简单。 2． 摘要应具有独立性和自含性，即不阅读文章的全文，就能获得必要的信息。 3． 摘要应是一篇完整的短文，可以独立使用，也可以引用，有助于对文章内容的推广。 4． 摘要的内容应包含有与文章同等量的主要信息，供读者确定有无必要阅读全文，也供文摘等 二次文献采用。 5． 摘要一般应该包括研究工作的目的、方法、结果和结论 4 个方面的内容，而重点是结果和结论。 6． 中文摘要一般在 200 ～ 300 字； 外文摘要不宜超过 250 个实词，如遇特殊需要字数可以略多。 7． 外文摘要内容应与中文摘要一致，并注意词句表达应符合英文语法规则，防止错、漏和词不 达意。
6） 照相机定位系统： 通过 6 台红外照相机实现 空间三维定位。
2 基于 Quanser 多智能体系统的定位跟踪仿真
系统采用 Host-Target 模式进行实时控制，控制 器装在装有 Matlab / Simulink 软件的主机（ Host） 中， 直接在 Simulink 下进行编译并通过无线通讯协议下 载到无人工具的嵌入式控制器（ target） 中。Host 主
化学工业出版社，2005． ［3］ 张乃禄． 安全评价技术［M］． 西安： 西安电子科技大学出版
3 结语
社，2011． ［4］ 王超，王凯，韦彩平，等． 采煤面瓦斯爆炸事故的事故树分析与
采用故障树对矿井提升机制动系统故障进行定 性分析，得出基本事件“室温高”对顶事件影响最大 的结论； 通过对矿井提升机制动系统故障树进行的 定量分析，得出顶事件发生概率，对概率重要度和关 键重要度进行排序，即可得出各个基本事件发生概 率的变化引起顶事件发生概率的变化程度。根据矿 井提升机制动系统的实际工作环境和工作状况，相 关技术人员可以对矿井提升机制动系统故障树和基 本事件发生概率进行改进，重新设计故障树，从而得
ACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—I： REGULAR PA-
计方法［D］． 长沙： 国防科学技术大学，2011．
PERS，VOL． 57，2010（ 1） ： 213． ［2］ R． W． Beard，T． W． McLain，M． A． Goodrich，and E． P． An-
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学出版社，2005． ［7］ 王思鹏． 事故树分析法在分析井下运输事故中的应用［J］． 煤